Modelo temporal de datos y aplicación en Java y VRML para la implementación de sistemas interactivos en la educación constructiva

Texto completo

(1)Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Universidad Virtual Campus Ciudad de México. ITESM • CAMPUS CIUDAD DE MEXIOO. B/BUOTF.CA. Modelo Temporal de Datos y Aplicación en Java y VRML para la Implementación de Sistemas Interactivos en la Educación Constructiva Tesis para optar el grado de Maestra en Ciencias de la Computación Especialidad en Redes. Presentada por. ING. MARÍA DOLORES G~ABRIELA MEZA PUESTO. Dr. Martín López Morales Presidente. M.C. David Warren Ruíz Márquez Secretario. Dr. JE:nrique David Espinosa Carrillo Coasesor. Dra. Mónica Porres Hernández Coasesora. Noviembre de 1999.

(2) © María Dolores Gabriela Meza Puesto 1999 Todos los derechos reservados. 11.

(3) Modelo Temporal de Datos y Aplicación en Java y VRML para la Implementación de Sistemas Interactivos en la Educación Constructiva. Disertación Presentada por. MARÍA DOLORES GABRIELA MEZA PUESTO. Aprobada en contenido y estilo por:. Coasesor: Dr. Enriq ue David Espinosa Carrillo. Coasesor: Dra. Mónica Porres Hcrná11dez. Presidente: Dr. Martín López Morales. Secretario: M. C. David Warren Ruíz Márquez. Director del Programa, Dr. Martín Lópcz Morales. Maestría en Ciencias de la Compurnción.. ¡¡¡.

(4) Modelo Temporal de Datos y Aplicación en Java y VRML para la Implementación de Sistemas Interactivos en la Educación Constructiva.. Noviembre de 1999. MARÍA DOLORES GABRIELA MEZA PUESTO INGENIERA EN COMUN ICACIONES Y ELECTRÓNICA INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL. Dirigida por el Dr. Enrique David Espinosa Carrillo y la Dra. Mónica Porres Hernández. iv.

(5) RESUMEN Este trabajo muestra las bases teóricas y la implantación de una herramienta computarizada de tutoreo y aprendizaje, en la que se contempla cómo un alumno aprende a aprender dentro de una situación de educación no tradicional por computadora. Se presentan resultados experimentales que sustentan la teoría de la Lógica Temporal Aplicada y la formalización a través de la herramienta EMI [13). Está basado en la combinación de las teorías constructivistas e instructivistas como apoyo pedagógico a la organi zación de la información, a partir de un modelo de la conducta humana en situaciones de educación virtual (UV). La hipótesis principal es el centrarse en el proceso que conlleva al aprendizaje, lo cual implica un diagnóstico a posteriori de lo que ocurrió en una situación altamente abstracta y cognitivamente difícil de modelar. Así, nuestro vehículo computacional en Java y VRML (virtual reality modeling language) es, por lo tanto, un valuador de la evidencia de que el aprendizaje ha ocurrido o no. Presentamos estadísticas preliminares sobre una base de datos capaz de almacenar las acciones que el alumno realiza y para posteriormente analizarlas. Se han realizado experimentos en los que se valida la hipótesis que el proceso de aprendizaje puede dejar un rastro objetivo de lo que ocurre al nivel cognitivo. El lo es debido a que el diseño instruccional del sistema es adaptable [20) y modelado a través de un laberinto educativo que detecta el comportamiento del estudiante, combinando indi cadores instruccionales, como son evaluaciones y preguntas de sondeo. La implantación del laberinto en Java y VRML resulta estimulante para el estudiante y lo motiva a explorar a su propio ritmo y capacidad, mientras se le monitorea con la intenci ón de ligar un tutoreo basado en evidencias de aprendizaje. Dicho tutoreo se implanta mediante un cuidadoso manejo y análisis de la información arrojada por el medio gráfico - co nstructi\ o. Aunque falta mucho por investigar en esta área, la estrategia propuesta puede sentar las bases para el desarrollo de software educativo. Con ellas, la necesidad de un profesor presencial se reduce y el proceso de la educación personalizada podría mejorarse. El istcma hará las veces de tutor y con el registro de las actividades realizadas en el ti empo se podrá inferir la manera en que el alumno aprendió. El beneficio será que se tendrá más información para construir aplicaciones que beneficien al alumno, pues estarán disefiadas especialmente sobre los casos con los que se supone aprenden mejor. La sociedad actual se enfrentará a la globalización (comunicación en cuestiones ele segundos) mediante la Universidad Virtual, estableciendo el planteamiento de que el alumno está aprendiendo a aprender, uniendo las características más importantes: CIENCIA+ TECNOLOGIA + HUMANISMO. vi.

(6) INDICE AGRADECIMIENTOS.......................................................................................................... V RESUMEN ............................................................................................................................ vi INDICE ............................................................................................................................... vii INTRODUCCIÓN................................................................................................................. I Capítulo I DIAGNÓSTICO .................................................................................................................... 6 1.1 Puntual ...... ... .. ..... ...... .... ....... ........ ...... ............. ............... ........... .. .. ...... ...... .... ... .. ...... ... 6 1.2 Presentación del problema...................... ...... .................. ..... .... ..... ........ .... ..... ........ ..... 8 Figura J. 2. 1 Representación de un ícono. .................. ..... .... .. ........ ....... ......... .............. ..... ....... <J. 1.3 Identificación de la necesidad .... ........ ............................................................ ......... . 1O 1.4 Selección de la necesidad .. .. .. .. .. .. ..... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .... .. .... ... ... .. . 1O 1.5 Definición del Problema ............... ..... ......... ............................................. .......... ....... 1 1 1.5.1 Enunciado del problema ............... ... .................. .............. ....... ........ .. .... .. .......... . ... 11 1.5.2 Justificación ....................................... ...... .................... .......... .... ... ... ....... .... ..... ... ... .... 12. 1.6 Objetivos y metas del proyecto .......................................................... ..... .. .... ........... 12 1.7 Estrategia General ... ............ .................................. ...... .... ................ ..... ..... ... .... ........ 12 Figura l. 7.1 Secuencia de pasos que se llevaron a cabo para el desarrollo de es/e prnr ectu. ... .. / J. 1.8 Limitaciones ....................... .... .... .. .... ... ....... .... ........ ... ... ... .... .... ....... .... .... ................ .. 13 Capítulo JI MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 15 2.1 Introducción y experiencia al integrar tecnología en la educación ....................... .... 15 2.1.1 Experiencia .................. .... . . . . ... ... . ............. ... .......... ...... ..... .. .... .. ... .. 15 2.1.2 Conceptos y Definiciones....... .. ...... .. ....... .... .. .. .. . .. . ...... ........ 15 2.1.3 Tecnología en Educación, como medio y comunicación audiovisual ........... .. .. .. ... 16 2.1.4 Tecnología en Educación como sistema instruccional ......... ..... ... 16 2.1. 5 Tecnología en Educación como herramientas de entrenamiento vocacional . .. 16 2.1 .6 Tecnología en Educación como computadoras y sistemas basados en computadora 16 Figura 2. 1.6. 1 Varias clasificaciones de la tecnología en educación.... ........ .. ... ... ... ... .... ...... ... ...... ¡-. 2.2 Justificando el uso de la tecnología .................................... .. .............. ...................... 17 Tabla 2.2. 1 Elementos que pueden servir como una relación para el uso tecnológico en fu educación .. ......... ..... ......... ... .... ...... ..... ......... ..... .... ................. . .. / 8. 2.3 Java ........ ... ...... ................. ... .... ............... ......... ..... .. ............... ........ ........... ...... .. ..... ... . 18 2.3.1 Simple . .. .... .. .. ... ........ .. .. .. .. ..... .. .............. ... ...... .... . ..... . 19 2.3.2 Orientado a Objetos .. ...... .. ......... ... ........ ............................. . . .... . ... . ....... 19 2.3.3 Distribuido ..... .. ...... ....... .... . .......... .. .. ........ ... ...... ...... .. . .... 19 2.3.4 Interpretado. ......... .. .. .. ... .. ........ .... ..... ..... .. 19 2.3.5 Robusto..... ............ ..... .. .. .... ................................. ... .... 19 2.3.6 Seguro. .. ..... ..... . ... .... .... .. ...... .... .... ...... ... ....... .. .... .. . ... . 20 2.3.7 Neutro en cuanto a arquitectura...... ..... ............ ............... ... ...... 20 2.3.8 Portátil........ ....... ... ... ......... ... ... ....... ........... ...... . ......... .. .. . ...... ... . 20 2.3.9 Alto rendimiento . ..................... .. ........ ......................... ........ ... ...... .. ........ .. ... . ....... .. ... 20 vii.

(7) 2.3.1 0Multithreaded ..... ..... ........... ................ ...... .. ...... ... ..... ....... .... ....... ... .... ............. ... ....... 21 2.3.11 Dinámico .... ..... ... ....... ... ...... .... ........... .... ...... .. .. ...... .. ..... .... ........ ......... .... .. ........ .. ... .. 21. 2.4 VRML ..... .... .......... .. .................... ............. ................... .. ..... .. ......... ... .. ... .. ............ ..... 2 1 2.4.1 Interfase Externa a Java ....... ...... ....................... .... ..... .... ........... ........ .. 21. 2.5 Teorías e integración de modelos ............. .. ....... .... .. ............ ..... ... ... ... .... ....... ....... ..... 22 2.5.1 Métodos y metas de la corriente educacional. ....... ........ .... . ..... 22 Tabla 2.5. l . l Diferencias en la terminología utilizada en la Instrucción Directo .1· el .. .. . .. .. . . . . .. . . ...... ... .?3 Constructivismo. ..... ... .......... .. ............. . ...... .. ..... . ..... ... .... .. .. .... .. .......... Tabla 2.5.1.2 Necesidades lnstruccionales que se encontraron para g enerar dos nw cle/os instruccionales. .... ... .. .. .. .... .. ...... .. ...... .... .... .. .. .......... ... ... ..... . . ... .. .. .. .. . .... .: 3 Tabla 2.5. 1. 3 Resumen de Características de los Dos Modelos lnstruccionales . ...... ............ .. ... ...... .:-/. 2.6 Fundamento teórico de la instrucción directa ........ ......... ... .. .... ... .. .. ........... ...... .. ...... . 24 2.7 Herramientas para maestros ..... ....... ...... .................. ..... .... .. ........ ................. ..... ... ... .. 25 2.8 Fundamento teórico del constructivismo .................................................... ............ . 27 2.8.1 Teorías de Piaget (Desarrollo cognitivo en niños) ... .................. ........ ......... . ... .. ..... . 27 2.8.2 Jerome Bruner (Aprendiendo por descubrimiento). .. .. ... ..... ..... . .... ..... 28 2.8.3 Seymour Papert (tortuga y más allá) .. ...... ... . ..... ............ . .... .. ..... .. ...... .... 28. 2.9 Aplicación del marco teórico .. ............................ .. ... .... ... ...... ....... ... ........... ... ..... .. .... 29 Figura 2. 7. 1 Distribución de las lecciones dentro del laberinto realizado en VRML. ....... ... 29 Figura 2. 7. 2 Muestra el inicio del laberinto y la maestra virtual realizados en VR/\1/l .. ......... ... . . 30. Capítulo III DISEÑO DE LA SOLUCIÓN ............................................................................................ 32 3.1 Antecedentes .... ........ ..... ....... ........ ..... ........................... ... .... .. .. .......... ... ..... ..... ........ .. 32 3 .2 Descripción de la solución .. .................... .... ......... ....... ..... .. .. ............ ....... .... ... .. .. ..... . 33 Figura 3.2. l Modelo de inte,faz entre el alumno y la obtención de datos .. .. .............. ... 3-1 Figura 3.2.2 Hoja de Excel con especificaciones p edagógicas... ..... ......... . .. ...... .. .... ...... ... ... ........... 35. 3.3 Desarrollo de la solución ............... .... .... .................. ....................... .... ... ........ ...... ..... 35 3.3.1 Primera pantalla . ..... ...... ... . ...... ..... ... .. . ...... .... .... .... .. .. .. ... 38 Figura 3. 3.1. I l ección 1. .. .. .. ... ... .. .. . .. .......... ... ..... ... .... ..... ....... . . .. ..... ... ....... . 39 Tabla 3.3. /. 1 Clasificación de los diferentes tipos de alumno. ................. . ..... 39 Fig ura 3.3.1. 2 Interrelación entre VRML-Java-HTMl .... .... ..... . ... ...... .. ... . .. ... ... .... .. ... -10 3.3.2 Segunda pantalla ..... .... ... .. .... .... ...... ... .. ... ..... ...... ..... ....... .... .. . .. 41 Figura 3. 3.2. I lección 2 . ... .... ..... .... .... ...... ... ..... ....... .. ..... . ......... ..... ......... .... ..... ... ... . ............. ... -/ / 3.3.3 Tercera pantalla ....... ......... .......... ...... ......... ....................... .. ...... 42 Fig ura 3. 3. 3. I l ección 3. . .. .. .. .. .... .. . ... .. .. . ... . ... .. . .. .... .. .. ... . .. .. ... . .. . ... . ... ... . .. .... .... .. .... ..... -12 3.3.4 Cuarta pantalla. .... ............ ....... .... ...... .. .. ........ ...... .. .. .. ... ...... ... ............... .. 43 Fig ura 3.3.4.1 Lección 4 ............ .............. .. ..... ....... ... .... ..... ... .... .... . ..... ..... ....... -13 3.3.5 Quinta pantalla............................. .... .... .......... .. ......... ..... . 44 Figura 3. 3. 5. 1 lección 5. .... . .. . .. ... . .. .. . . . . ... . .. . ... . . . . .. ... . .. . . . . .. .. . -1-./ 3.3.6 Sexta pantalla .. .... ..... ....... ........ ......... ........ ........ ......... .. ....... .......... ........ ....... ..... ... ... .... 44 Figura 3.3.6.1 lección 6 .. ... ... ..... ....... .. ... .... ...... ...... ...... ........... .............. ..... . ... . .... -15 3.3.7 Séptima pantalla .... ... ... .. ....... ..... .. ... ...... ... ... .. .... .... .. .... . ....... .. ..... 45 Figura 3.3. 7. 1 Lección 7. . .. ... ..... ......... ... .......... ....... .................... ... ..... ........... .... ..... ... .. ... ... ..... -16 3.3.8 Octava pantalla .. ......... .... ...... ........... ........ .. .... .... ...... .. .... 47 Fig ura 3. 3. 8. 1 Lección 8. .. .. .. .. . ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. . ... . ..... . r. 3 .4 Explicación de los programas que se relacionan con las lecciones ... ........... .. .. .. .... . 48 3.4.1 Avatar.java .......... ............. .... ........................... . .......... .... ... ...... .... .... .. . .... 48 Fig ura 3. 4.2. I Registro de intentos detallado, antes de la respuesta correcta en la l eccio118.jarn.-/8 3.4.2 Cadada.java..... ......... ......................... ........................... ..... .............. ........ 49 viii.

(8) 3.4.3 Commleccion.java .... .................. ..... ......... ............ ........................ .. ... .. ..... .. ............... 49 3.4.4 DatosAlumno.java .......... ....... ... .................. ...... .. .. ................. ... ......... . ....... 49 3.4.5 Eai.java ..... .................. .. ........... ......... ........ ..... ...... .... ..... .... . . 49 Figura 3.4.5. 1 la formación de ia p antalla inicial del laberinto se basa sobre este 111odelo ...... 50 3.4.6 Entrada.java .. ....... .............. .... .. ... ... .. .......... ..... ...... .. .. .. . ......... 50 3.4.7 ExpHTM .htm ... .. ... ..... .. .. ...... .... ... .. .... .... .. .. .... ...... ... .. .. ......... .. ... ...... .. 51 3.4.8 Exporta.java ...... .... ......... .. .. .. ...... ... ... .................. . .... .... . . 51 Figura 3. 4. 9. 1 Ruta que conforma el laberinto... .... .... ....... .. ...... .. .... 5 / 3.4.9 Lab.java ........ .. ...... ................ ........ ... .. ....... ........... .... ..... ........ ... ... ........ ... .. 51 3.4.1OLabcell.java ..... .. ............. ............ ......... ... .. .. .. 52 Figura 3. 4. 1O.1 Form ación de una sola celda del laberinto. . .. .. . . ..... 5 2 3.4.11 MessageBox.java .... .............. ......... ............ ...... ............... ................ ... ..... . . .. 52 3.4.12 VRMLHandler.java .... .... ........... .... ...... .. .. .... ... .. ... ....... ........ ... .... ... ......... ... 52 Figura 3. 4. 12. I Interacción en el sistema al realizar los sockets.. ... .. .. . . .. ........... 53 Figura 3.4.12.2 Relación entre el Servidor y el cliente, registrando este link en el /-lashtah/1.' ele/ server socket. ..... ... ... .... .. .. .................... .... ........ ........ ... ... ... .. ... ..... . .......... 5-1 Figura 3.4. 12.3 Secuencia de pasos que el sistema sigue para almacenar en el Hashtahle .... .55 . ............. ...... 5/Í Figura 3.4.12.4 Funcionamiento interno del Hashtable. .. .... ..... 3.4.13 VRMLLeccion.java ... ... ...... ... ......... ...... ...... .... ... ...... ....... .... .. .... 56 3.4.14 VRMLLogin.java .... ................ .. ............... ............... .. ..... .... .. ............. . .... 57 3.4.15 VRMLObject.java ... ......... ..... ........ ....... ...... ................ ....... .......... .......... ... .. ......... .... 57 Figura 3. 4. / 3. 1 Relación Padre - Hijos de VRMLObject. .... .... ...... .... ... .... . 53.4.16VRMLOrientation.java .. ..... ............ ....... .............. .... .... ......... .. ................. .. ........... ..... 57 3.4.17VRMLPosition.j ava ................... ........ ................ ................. ......... .. .... ...... 58 3.4.18VRMLServer.java.. .. ..... .. .. .... ........ .... ....... .... . .... ... 58 Figura 3.4. 18. l Relación entre la comunicación y los d!ferentes programas. . ............... ..... 58 Figura 3.4. 18. 2 Relación de comunicación entre los d[ferentes programas cuando existe 11110 respuesta ... ........ ................... ......... ....... . .............. 59 3.4.19VRMLStatus.java ............ ................................................. ... 59 3.4.20VRMLWrite.java.. ...... ... ............. ...... .. ... .... ... . . . ... . 60 3.4.21 *.wrl .... ..... . ... .. ...... .... . ...... ....... ...... ....... .......... ... .......... ..... 60 3.4.22 Entrada.java .... ... .......... ............ ....... .. .. ....... ... ..... ........ .... .... 60 3.4.23 Exporta.java ... .. ....... ...... ..... ....... .... .. ..... ........ .... ... ....... ... 60 3.4.24 Esquema de comunicación. .......... ... ..... . ..... ... ... ... ... .. 60 3.4.25 Diagrama general... ............................... ........ ................ ... .. 62 Figura 3. 4.24. 1 Diagrama general del proy ecto. ...... ...... .... ... ...... ...... .... ..... ...................... .............. (í]. 3.5 Resultados ....... ...... ........................ ....... ............ .. ....... ............ ... ... .. .......... ... ..... ... ..... . 62 LECCION 1 ....... ...... . . .... ........ .. ..... ......... .... ... .... .. ... ..... ........ ..... 63 LECCION 2.... .......... .. .... ........ ..... .. ................. ............. .... .. . ... . .. ... ........... . .. 63 LECCION 3 ....... ... ...... ............. ... ..... ......... ... ... ...... ............... . ..... ............... .. 63 LECCION 4 ...... ...... ... ... ....... ................. ... ........ .. ........ ......... ............. .... .... .... ..... ... ... ............ 63 LECCION 5 .. ... .. ...................... .. ........... .. .. .. .......... ...... ....... ...... .... .... ..... .......... ...... .... .... . 64 LECCION 6 ... ..... ....... ........ ...... ............ ........................................... ....... ...... ..................... ... . 64 LECCION 7 ..... .................................. ............... .............. ......................... ............ ......... ........ 64 LECCION 8 ... .. ... ....... ..... .... ... ...... .. .... ... ............. ....... .......... ...... .......... .......... ....... 64 Figura 3.5. I Actividad sugerida para análisis en la actividad del alumno con las lecciones del laberinto. .. .. . ... .. . .. ... ... .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . .. .. .. . .. M. Capítulo IV CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES................................................................... 67 4.1 Conclusiones ... ........ .. .. ... .......... ......... ....... ... ... ..... ... ..... .. ........ ...... .... ..... ..... ........... .. .. 6 7 ............. ............ 68. Figura 4.2. I Interrelación de disciplinas. ix.

(9) 4.2 Recomendaciones ... ............ ................... ..... ................... .. ......... ... ... ... ... .. .................. 68. Capítulo V BIBLIOGRAFÍA ........................... ,.......... ., ......................................................................... 70 ANEXO] Avatar.java.............. ............ ................................ .......... .............. ............ ......................... 72 ANEXO2 Cadada.java ............ .................. ........ ........ .... ........................ .... ... .......... ... .......... ..... ... ..... 74 ANEXO3 Con1mLeccion.java ........... .. ...... ..... ........... ................... ........... ... ..... ... ... .... .... ........... ........ 79 ANEXO4 DatosAlumno.java ......... ....... ................ .... .. .. ...... ...... .... ..... ........... ... ....... .... ............ .. ... .... 83 ANEXOS Eai.java .............. ... ..... ......................................... ... ..... .. .... ....................................... .... ... . 84 ANEXO6 Entrada.java ............. ....... .... ............ .......... ..................... ............. .. ... ....... .... .. ................. 100 ANEXO7 ExpHTM.htm ....................... .......... ......................................................... ..... ............... .. t 03 ANEXOS Exporta.java ... .. ....... .... ........ ......... ..... .................. .... .... ... ........ ... ..... ................ ........... ..... 104 ANEXO9 Lab.java .... ..... ..... ...... ............ ...... ........... ..... ..................... .......... .. ..... .............. ... .. .... ...... 106 ANEXO JO Labcell.java .................. .... ............... ........ .... .... ............ ......... ............ .......... ... .. ........... ... 1 12 ANEXOJJ Leccionl .java .......................................................................... ............... ........ ..... ...... .... . 115 ANEXO12 Leccion2.java .... .. ... ...... ............................................ ......... ......... .. .... ... ..... .... ....... ....... .... 1 18 ANEXO13 Leccion3.java ............................................. ... .. .... ...... ..... ......... ............ .... ...... ...... .... ....... 129 ANEXO14 Leccion4.java ............ ...... ............... ..... .... .. .... ...... .................... ....... ...... ........... .. ............ . 139 ANEXO15 Leccion5.java ............................. ................... ... ... .... ................... .................. ...... ......... ... 146 ANEXOJ6 Leccion6.java ......... ...... ...... ........................................... .... .. ...... ... ........... ... ... ...... ... .... .... 153. X.

(10) ANEXO17 Leccion7.java .................. ......... .. ..... .............. .... ........ ..................... .. ...... ..... ... ..... .. .... ..... 156. ANEXO18 Leccion8.java ... .... ... ...... ......... ................. ... .. .............. .......... .. ...... ......... ......... ....... ......... 16 1. ANEXOJ9 MessageBox.java ......... ........ ..... .... .............. ........ .. .... .... .............. ..... .... ... .... ... ..... .. .... ..... 167. ANEXO20 VRMLHandler.java ...... ..... ........ ..... ............. ...... ...... ... .. ......... ...... ............ ... ... .... ...... ... ... 168. ANEXO21 VRMLLeccion.java ..................................................... ............. .......... ............ ... ..... ....... 177. ANEXO22 VRMLLogin.java .............. .. .. ................ ....... .... .. .. ............. .......... ......... ..... .............. ...... 179. ANEXO23 VRMLObject.java .... ...... ........ ............ ......... ..... ... ...... ... ...... ...... .. ..... ... .. ... .. ..... ....... ........ 180. ANEXO24 VRMLOrientation.java .. ...... ..... .......... ............ ...... .......... ... ..... ..... ......... ......... ... .... ......... 18 1. ANEXO25 VRMLPosition.java ..... ..... .. ... ........ ........... ... ....... .... ........ ..... ..... ... .... ... ...... .... .......... .. .... . 182. ANEXO26 VRMLServer.java ... .... .................... ...... ...... .... .... ....... .... .. ...... .... .. ................... .... .. .. .... .. 183. ANEXO27 VRMLStatus.java ... ............ .... .. .. .. .... ....... .. .................................. .... ...... ....... ...... ..... .... .. 185. ANEXO28 VRML Write.java ................................. .. ............ ....... ...... .... ... ....... .. ............. .. ................ 187. ANEXO29 Dancer. wrl .... .. ........... .... .. .. .. ........... ........... ............... ...................... .. ... ............... ....... .... 188. ANEXO30 Robotj.wrl ..... .. ... ...... .. .... .... ...... ........... ................ ........... ........... .. .. ....... ..... .... ........ ....... .. 198. ANEXOJJ Wall.wrl .... .... .... .... ...... ... .. ...... ........... ........... ........................... .... .. ....... ......... .............. ... 20 1. ANEXO32 Walldef.wrl ....... ... ........ .... ... ....... ....... ...... ... ........... .. ... ... ......... ... .... ..... .. ........ ........ .... ... ... 203. ANEXO33 W.txt ............. ........... ..... ... ...... .... .... ...... ... ........ ... ......................... .. ...... .................. ... .. .... 212. ANEXO34 VRML Cheat Sheet ......... ..... .... ...... ...... ... ................... ... ...... ... .............. ............ ... ....... ... 2 16 xi.

(11) CURRICULUM VITAE.................................................................................................... 2 19. xii.

(12) INTRODUCCIÓN Las ciencias computacionales no deben -ni pueden- vivir por sí solas. Su ex istenci a es valiosa en la medida que se aplican a resolver casos y problemas del ser humano. Así. más que modelos sofisticados de cuestiones abstractas y algoritmos complejos para resolver _juegos matemáticos, las ciencias computacionales se nos presentan como la herramienta más poderosa de nuestro tiempo, para lograr un mejor nivel de vida para los humanos. Durante el desarrollo de este trabajo se observó que la tecnología computacional ex istente tiene aún mucho campo por explorar y explotar. Prueba de ello la tenemos en la aplicación ele los sistemas computacionales en el ámbito educativo. Al entrar a la red de fnternet es posibl e encontrar algunas referencias que nos llevan a programas educativos, a referencias que só lo tratan el ambiente educacional, o referencias en las que sólo encontramos herram ientas auxiliares para enseñar una materia en particular, como matemáticas con el paquete ele MAPLE. Desde que se detectó el gran impacto de las computadoras en la educación se han intentado desarrollar modelos educativos en software y hacer que la máquina actúe como un instructor o profesor. Para ello, se ha utilizado software basado en lenguajes de programaci ón como BASIC, Pascal, Logo y C, desarrollando software instruccional, aplicándose tocio o parte a la enseñanza del estudiante sobre alguna materia o para darle asistencia en algún contex to educativo. La instrucción asistida por computadora (computer aided instruction, CA i). la instrucción basada en computadora (computer-based instruction, CBI), el aprendizaje basado en computadora (computer based learning, CBL) y el aprendizaje asistido por computadora (computer assited learning, CAL), se originaron en los primeros años de la aparic ión ele la computadora como apoyo a la pedagogía y la educación en general. Estos tipos de so ftware instruccional, son identificados generalmente como:. +. Software para ejercitar. Programas que permiten al aprendiz trabajar probl emas o contestar preguntas y obtener retroalimentación sobre correcciones.. + Software tutorial. Programas que actúan semejante a los tutores, al proveer toda la información y actividades de instrucción que un aprendiz necesita para especiali z.a r un tópico dado (así tenemos por ejemplo: resumen de información, explicaci ón. rutinas ele práctica, retroalimentación y examen).. +. Simulación de softvvare . Programas que modelan sistemas reales o imaginari os. para mostrar como trabajan estos sistemas.. + Juegos instruccionales. Programas diseñados para incrementar la motivaci ón. al sumarle reglas de juego a las actividades de aprendizaje..

(13) En la actualidad, el gran avance institucional educativo nos apremia a visuali zar más a ll á de los puntos arriba mencionados, reuniéndolos como un todo sumado a un ambi ente gráfico y dinámico, a una comunicación que se dé a diferentes partes del país y del mundo, a la vez que sea posible compartir una misma información entre diferentes usuarios, guardar la relaci ón cliente-servidor, generando una base de datos para un posterior análisis, uno basado en el tiempo en que el alumno realizó la actividad, y dar así una retroalimentación efecti va. Todo ello tiene como base un estudio modelo denominado Educational Measuremenl lnslmmenl (EMI) [13][22]. En este trabajo se ha logrado esta unión al presentar un modelo tempora l de datos y aplicación en Java y el Virtual Reality Modeling Languaje (VRML)[ 46][ 4 7] para la implementación de sistemas interactivos en la educación constructiva. Este proyecto pretende subsanar uno de los principales problemas de las instituciones educativas que es el bajo porcentaje de aprovechamiento de los estudiantes. Col! [3 1] dice que este problema se puede resolver al observar la característica fundamental que explica la construcción del conocimiento, y es que el sujeto juegue un papel activo en el proceso del aprendizaje, construyendo sus propios conceptos cuando interactúa con los objetos fí sicos y sociales frente a los elementos del conocimiento como memoria, abstracción, reducción. etc .. que se explican más ampliamente en el Capítulo II. Se puede observar que dentro del concepto de enseñanza tenemos la actividad esponlé:í nca (enseñanza indirecta), que consiste en proporcionar situaciones donde la participación del maestro está determinada por la actividad del alumno. El profesor debe de proporci onar elementos para que el alumno genere su propio conocimiento. El objetivo de este tipo de educación es el de impulsar el desarrollo del alumno, tomando como marco de referenci a el punto de vista cognitivo [42]. Dado que no se tiene tiempo ni recursos humanos para personalizar la educac ión. un diseño instruccional carece de una continuidad en el tiempo, al no poder tutorear el in structor en forma ininterrumpida a un estudiante inmerso en una logística de horarios fijos. Muchos de los eventos que llevan al aprendizaje ocurren durante agujeros temporales de un di -c110 instruccional [43]. Este trabajo pretende cubrir parcialmente la brecha existen Le [23][27][28][29][30]. Debido a esto, en la actualidad se ha tomado más forma lmente el estud io profesional de la aplicación de modelos y estrategias en la educación. El modelo tradicional de enseñanza lnstruccional [1 ][19] ve al aprendi zaje como una transferencia de conocimientos, un sistema en donde existe un receptor (alumno) y un emi sor (profesor), quien a su vez evalúa aquello que debió captar el alumno [6]. Por ahora es el método más utilizado en las escuelas y w1iversidades, mas es necesario preguntar cuándo es conveniente utilizarlo o si es posible utilizar otros recursos para mejorar la educac ión. pues. como afirman algunos autores como Fernández y Tarín [8] , la enseñanza no puede reducirse a la transferencia de la información o al desarrollo de la comprensión, sino que debe promover el juicio propio y la constitución del carácter racional y autónomo.. 2.

(14) .... t. ~~ ~ /t. Dada la necesidad de desarrollar métodos que mejoren la calidad del aprendiza je y estimulen a los alumnos a aprender, surge el concepto de "construcción de conocimi entos" [1][19], también denominado Constructivismo, al cual nos enfocaremos a lo largo ele este documento. Esta teoría vé al aprendizaje como un proceso reflexivo y transformati vo, en donde el profesor se convierte en un facilitador de ideas y experiencias y el alumno es el integrado r de la información, añadiendo sus propias conclusiones. Es viable utilizar el Constructivismo en la educación escolar, pues se busca que el propi o alumno sea el que se adapte al ambiente, transformando e interpretando la info rmación que recibe para formar un nuevo cuerpo de conocimientos. Autores como Jonassen y Mayes 11 4 1 creen firmemente que la educación constructiva es la más efectiva para adquirir conoc imi entos. y clasifican el conocimiento de los alumnos de acuerdo a las fases introductoria. avcmzada y experta. Esta clasificación será utilizada en el diseño de planes y procesos de estudio, pensando en cada una de las diferentes fases para establecer la forma de explicar el conocimi ento y satisfacer a cada una de las diferentes fases. Por ejemplo, en la fase de introducción. que ocurre cuando los alwnnos tienen poca experiencia o conocimiento sobre un área, es necesario facilitar la infmmación para que cubra las deficiencias de conocimiento del alumno. Durante la fase avanzada, el alumno se debe dedicar a adquirir conocimientos para reso lver problemas más complejos. Aquí el conocimiento se deberá ajustar, tal vez, para realizar análi sis, situando al alumno en los niveles altos de comprensión, mientras que en la fase experto el alumno deberá ubicar un problema y resolverlo, proponiendo una solución eficiente. En esta úl tima !ase el alumno requiere de toda la información adquirida en las fases anteriores. Cada fase de conocimiento requiere distintos tipos de aprendizaje. Jonassen y Mayes¡ 14] afirman que la adquisición inicial de conocimientos se soporta mejor con téc ni cas instruccionales, mientras que los ambientes constructivistas son los ideal es para las foses avanzada y experta. Estos autores sostienen que las universidades son el ambi ente idea l para probar los procesos de aprendizaje constructivista. Cabe aclarar que la instrucción y construcción no son elementos que se contraponen. sino que son estrategias distintas que pueden combinarse y apoyarse para lograr el aprendi zaje. Por ejemplo, la instrucción puede ser la manera de exponer conceptos básicos o adquirir algunas habilidades. La construcción de conocimiento puede ayudar a analizar ideas y apl icar conceptos para resolver problemas, mientras que el constructivismo da la habilidad por la prác ti ca y descubrimiento. Sumado al software están las estrategias de aprendizaje para la solución de problemas. En las estrategias instructivistas es importante seleccionar el problema a analizar. de manera que el alumno desarrolle la habilidad que se pretende. Los siguientes seis pasos, pueden ayudar a lograr éste propósito.. 3.

(15) 1.. Identificar un problema que permita lograr la habilidad necesaria.. 2.. Desarrollar una o varias actividades que ayuden a desarro llar la habilidad deseada.. 3.. Examinar el curso para localizar material que afiance la habi lidad en cuestión.. 4.. Llevar una secuencia en el curso de enseñanza.. 5.. Demostrar que el curso y problemas establecidos, cumplen con el objetivo.. 6.. Construir actividades de transferencia y hacer que el estudiante practique la habi I iclacl que adquirió.. El paradigma constructivista es una enseñanza indirecta. Lo importante es la acti vidad . la iniciativa y la curiosidad. Para ello es importante conocer las características ele los estados cognitivos, analizar los contenidos escolares y trabajar con objetos concretos para llegar a un conocimiento abstracto. La finalidad del constructivismo es investigar: ¿Cómo conocemos') ¿Cómo se traslada un sujeto de un estado de conocimiento inferior a uno superior') ¿Cómo se originan las categorías básicas del pensamiento racional? Las estrategias constructivistas le permiten al estudiante resolver problemas si11 entrenamiento directo y promueve el trabajo en grupo. A continuación se presentan siete 1x1sos para integrar todo el concepto constructivista.. l.. Permitir al estudiante suficiente tiempo para explorar e interactuar con el so rtwa re. pero provee estructura en forma de guía didáctica, metas, un calendario ele traba.io y organización del tiempo para compartir y discutir resultado.. 2.. Variar la cantidad de dirección y asistencia, dependiendo de las neces idades de cada estudiante.. 3.. Promover un ambiente de aprendizaje reflexivo y dejar que los estudi antes platiquen acerca de su trabajo y los métodos que ellos usaron.. 4.. Procesos de conducta en el tiempo.. 5.. Puntualizar la razón que existe entre las habilidades y las actividades. 6.. Dejar al grupo que trabajen juntos en pares o pequeños grupos. 7.. Aplicar exámenes.. De hecho se dice que la limitación más grande de muchos de los modelos es la tendencia a aplicarlos indiscriminadamente en todos los alumnos [ 14][2] [24]. Estamos de acuerdo en ello. Así mismo se cree que los maestros mejor preparados para la enseñanza serán aq uel los 4.

(16) que sepan encontrar un equilibrio entre las estrategias y el conocimiento, para benefici o ele sus alumnos[1][4][18]. La propuesta presentada en esta tesis se desarrolla sobre una mezcla balanceada de constructivismo e instructivismo que se puede dar en la tecno logía computacional de punta.. 5.

(17) Capítulo I DIAGNÓSTICO En este capítulo se presenta el análisis de la situación del curso de Matemáticas 11 lli ve l preparatoria, que es posible proyectar a todos los niveles educativos. Se identifi can algu nas necesidades comunes a cualquier programa educativo. Se define la problemática de l proyecto. así como sus objetivos y metas, se plantea la estrategia general y las limitaciones que presenta este trabajo.. 1.1 Puntual Las variables que son determinantes en este proyecto son: a) Dirigido a: Todos los cursos educacionales, no importando la materia ni el nivel que se imparta. ya que cw11ple con los requisitos de los programas que permiten al aprendiz a trabaj ar problemas o contestar preguntas y obtener retroalimentación sobre c01Tecciones, programas que act úall semejante a los tutores al proveer toda la información y actividades de instrucción que un aprendiz necesita para especializar un tópico dado (por ejemplo, resumen de informaci ón. explicación, rutinas de práctica, retroalimentación y examen), programas que mode lan sistemas reales o imaginarios, para mostrar como trabajan estos sistemas, programas diseñados para incrementar la motivación, al sumarle reglas de juego a las actividades de aprendi zaje. b) Ventaja: La ventaja principal que este proyecto pretende tener, es contar con un sistema que permi ta la libre exploración en un ambiente de aprendizaje gráfico y dinámico, por medi o de una comunicación que se dé a diferentes partes del país y del mundo. De igual form a es deseable que sea posible compartir información entre diferentes usuarios, mediante la implementac ión de un modelo de cómputo cliente-servidor que genere una base de datos relativos a la conducta de un estudiante sentado frente a un sistema de apoyo a la enseñanza indirecta para que posteriormente sea analizada por un tutor computarizado fundamentado en lógica te mporal (basada en el tiempo y contenido, que detecta cuanto le llevó al alumno reali zar la acti vidad correspondiente a la lección). De éste modo se caracteriza el trabajo sobre los aguj eros instruccionales inherentes al diseño pedagógico[43], en el espíritu de subsanar parcialmente las deficiencias que se dan al evaluar el aprendizaje contando con inform ac ión cronométricamente limitada [22].. 6.

(18) Para sustentar que éstas ventajas realmente existen se tuvo que realizar investigaci ón sobre software apto para modelar el trabajo distribuido, descrito con anterioridad . Java en conj unto con VRML e Internet daban estas posibilidades, ya que Java es un programa con un lenguaj e simple, orientado a objetos, distribuido que permite su uso concurrente y rico en procesamiento de información, interpretado, robusto, seguro, neutro en cuanto a arquitectura. portátil. de alto rendimiento, multithreaded y dinámico. Esto, aunado a las características gráficas del V RM L de libre exploración que promueve la iniciativa y el ambiente de comunicación dentro ele Internet, se puede obtener el resultado deseado.. c) Requisitos necesarios para contar con este curso. Como primer paso es importante tener la visión de la materia que se desea impartir. en nuestro caso es Matemáticas II de nivel preparatoria, tener instalado en la PC o laptop el programa VRML, que es posible bajar de la red, contar con el paquete de computación desarrollado en VRML y Java y correrlo sobre el ambiente de Internet.. d) Estadísticas generales. En enero de 1999 se aplicó este programa a jóvenes del grado de Matemáticas l l. quienes ya habían recibido su clase teórica, pero que no conocían este curso. Los resultados son sorprendentes al ver como el alumno utiliza el paquete fácilmente. en especial los alumnos que han tenido constante uso en la computadora. El programa les evalúa y da sugerencias. El instructor también recibe retroalimentación que le perrni te tutorear personalmente. De esta forma realizamos un estudio cuantitativo que nos permite sustentar desde otro punto de vista distinto al relatado en el inciso (b) lo aquí planteado: que el estudiante se beneficia de conocer datos granulaimente finos y detallados sobre su conducta. y subyacente proceso de aprendizaje. La mayoría de estos datos se dan en los agujeros temporal es antes mencionados, lo cual evidencia que un razonamiento en el tiempo es crucial para examinar aquello que generalmente ignoramos como instructores, por motivos operativos y/o ele logística. De esta práctica adquirimos los resultados mostrados en el capítulo III por ejemplo. en la Figura 3.2.2. Aquí se puede observar como el alumno es capaz de terminar con el ejercicio exitosamente y el sistema reportar que hizo y el tiempo que le tomó para cada uno de los ejercicios, además de permitir la visualización de todos los eventos que tomaron cava en dicho intervalo de tiempo. e) El impacto de este programa en los ámbitos profesional, social y personal del alumno. Este programa se ha presentado ya en cuatro ocasiones a personal docente y en ponencias a nivel nacional [44][45]. Se ha aplicado a alumnos de Matemáticas II de preparato ri a y se observó lo siguiente: Durante las ponencias y presentaciones que han sido realizadas, se pudo observa r que la existencia de este tipo de programas va adquiriendo cada vez más mercado[44][45]. Sin embargo, las líneas de investigación educativa y computacional no parecen converge r con facilidad, lo que deja una brecha académica aún por rellenar. Es el caso de este trabajo de tesis. donde el interés de muchos fue el saber que se está abriendo una posibilidad más. que traspasa 7.

(19) las barreras de las alternativas actuales como es el de desarrollar este trabaj o en forma globalizada, tener posibilidad de un diálogo entre alumnos del mismo curso d urante un ejercicio, detectar todos los movimientos y resultados de cada alumno con respecto al tiempo para posteriormente poder analizar y dar una retroalimentación mas veraz y anali zan todo esto desde diversos puntos de vista.. 1.2 Presentación del problema Se ha visto que una fuerte inmersión en la tecnología computacional de punta puede reforzar ampliamente cualquier curso para enseñar a más estudiantes. superando las limitaciones de tiempo y espacio. Esto permite desarrollar una amplia cultura computacional en el enriquecimiento del aprendizaje, desarrollando un pensamiento creativo y constructivo. adquiriendo un criterio más rico y tolerante ante la gran diversidad cultural , logrando un buen cimiento para la correcta comprensión de la enseñanza (2](18][13][23](24][25]. La computación y la pedagogía, como apoyo a la Educación (Tecnología Educati va). se han desarrollado por separado, viendo recientemente la conveniencia de conjuntarlas o ligarlas. para que ia teoría (el dominio del conocimiento) pedagógica tenga un impacto real en la computación comercial y viceversa (3] [6] [2] [4] [8] . Como se ha visto anteriormente, la educación se desarrolla bajo los métodos de instructivismo y constructivismo. Este desarrollo se ha dado de varias formas. tanto en Iibros como en clases ordinarias, entre otros, pero no aún con el total enriquecimiento y ec¡uilihrio que se debería entre los modelos establecidos, ya que de nuevo se tiende a lo tradici onal o a lo muy constructivista, utilizando software y aplicaciones con las que o rdin ariamente trabajamos, pero que presentan muchas limitaciones para su uso en la enseñanza. ya que no fueron específicamente diseñadas para ello. De aquí se define un primer problema por resol ver. Se pueden observar algunas posibilidades en el software para poder desarrollar con más eficacia el equilibrio buscado, aunque sin obtener aún un logro completo. Las Grophic User Interface (GUI) son una forma gráfica simple de interacción hombre-máquina. Se apoya en la multimedia, que se caracteriza por la mezcla de diferentes herramientas de comunicación. para mejorar las formas en que el contenido está presentado al usuario.. 8.

(20) Figura 1.2.1 Representación de un icono.. Las GUI se pueden diseñar utilizando, como una de las opciones de entrada para muchas aplicaciones de computadora, un conjunto de íconos, que son símbolos gráficos que se parecen a la opción de procesamiento que deben ejecutar. Desde el punto de vista pedagógico y psicológico, lo más adecuado para un razonamiento natural del usuario, es que él seleccione opciones de procesamiento señalando un ícono. Como ejemplo de ícono tenemos el que nos representa la Figura 1.2.1, que al activarlo se obtendría una parábola, realizando esto en un ciclo repetitivo, ya que cada vez que se active se obtendrá una parábola. La ventaja de éstos sistemas es que los gráficos pueden ocupar menos espacio en la pantalla que la descripción textual correspondiente a las funciones y pueden entenderse más rápidamente, si están bien diseñados. El ícono puede caracterizar una técnica de aprendizaje, la cual es un procedimiento con reglas que se suman llegando a una actividad resultante que aún depende del hombre. Desde el punto de vista de la multimedia, la representación gráfica (ícono) no nos lleva a la automatización de una técnica pedagógica, surgiendo nuestro segundo problema. Desde el punto de vista constructivista, la GUI, por sí sola, no fomenta la construcción del conocimiento, porque no permite la libre exploración de un ambiente de trabajo, lo cual resulta clave en la implementación de un sistema de enseñanza directa. La interfaz de texto y la interfaz gráfica (GUI) no tienen una relación tan directa del conocimiento, esto basado sobre las definiciones anteriormente descritas, de manera que se puede visualizar otro problema: los sistemas computarizados para la enseñanza generalmente operan bajo reglas y secuencias predefinidas, de manera que asumen o presuponen la conducta que el estudiante debería de seguir, dando un diseño instruccional. Prácticamente, no existen sistemas que den un seguimiento en el tiempo, referente a lo que el estudiante realmente hizo al navegar por la herramienta de aprendizaje. Un monitor de los eventos fuera del alcance del profesor podría traer a la luz evidencia importante, que ayude a verificar si el proceso de aprendizaje ocurrió y, lo que es más, ¿cómo ocurrió? Las GUI tienen una capacidad muy limitada de evaluar por sí solas la actividad e interacción de los usuarios. 9.

(21) La capacidad de captar y registrar los eventos que sucedieron durante la sesión de aprendizaje, además de permitir evaluar el comportamiento y aprovechamiento del alumno, permite analizar y evaluar la efectividad del procedimiento en sí, permitiendo efectuar modificaciones y correcciones sobre el sistema, con el fin de entrar a un proceso de mejora continua. Cabe mencionar que la mayoría de los sistemas desarrollados para educación no son interactivos en red o multithread, lo que imposibilita la comunicación e interacción a distancia entre varios usuarios y limita la calidad y desarrollo futuro de la educación. No existen programas educacionales que facilite un ambiente gráfico y dinámico, una comw1icación que se dé a diferentes partes del país y del mundo a la vez que sea posible compartir una misma información a diferentes usuarios, guardar la relación cliente-servidor generando una base de datos para que posteriormente sea analizada sobre un modelo temporal (que basado en el tiempo detecte cuanto el alumno se llevo para realizar la actividad correspondiente a la lección) y así dar una retroalimentación efectiva.. 1.3 Identificación de la necesidad En resumen, la problemática encontrada en la actualidad en los sistemas computarizados de enseñanza se expresa en los siguientes puntos: •. Las aplicaciones de software comerciales presentan limitaciones para su uso en la enseñanza, ya que no fueron específicamente diseñadas para ello.. •. Las GUI actuales, por sí solas, no fomentan la construcción del conocimiento, porque no permite la libre exploración de un ambiente de trabajo.. •. Los sistemas computarizados actuales para la enseñanza generalmente operan bajo reglas y secuencias predefinidas, de manera que asumen o presuponen la conducta que el estudiante debería de seguir, dando un diseño puramente instruccional.. •. Las GUI tienen poca capacidad para registrar, analizar y evaluar la actividad e interacción de los estudiantes.. •. La mayoría de los sistemas desarrollados para educación no permiten la comunicación e interacción a distancia entre varios usuarios.. 1.4 Selección de la necesidad De las necesidades anteriores, surge como prioridad en este proyecto de trabajo conjuntar todas ellas en un solo programa que le dé solución a todas ellas sin perder de vista el contenido educativo constructivista-instructivista, trabajando con las herramientas de hardware y software 10.

(22) juntas, contemplando en el software la combinación balanceada de las estrategias y métodos de enseñanza (instructivismo y constructivismo), con herramientas multimedia y de programación (Java y VRML), para superar los obstáculos actuales para una mejor enseñanza y un método de evaluación del proceso de aprendizaje más versátil y completo, todo ello en el marco del tiempo de referencia.. 1. 5 Definición del Problema En este estudio se presentan los siguientes cuestionamientos: ¿ Qué hacer para representar la información de manera que nos lleve a la automatización de una técnica pedagógica, fomentando la construcción del conocimiento y la libre exploración de un ambiente de trabajo?. ¿Cuál será el sistema que de seguimiento, en el tiempo, referente a lo que el estudiante realmente hizo al navegar por la herramienta de aprendizaje? Un monitor de los eventos que se encuentran fuera del alcance del profesor (e.g. un agujero temporal) podría traer a la luz evidencia importante, que ayude a verificar si el proceso de aprendizaje ocurrió y, lo que es más, ¿cómo ocurrió? ¿Cómo captar y registrar los eventos que sucedieron durante la sesión de aprendizaje, además de permitir evaluar el comportamiento y aprovechamiento del alumno, para que posteriormente se analice y se evalúe la efectividad del procedimiento en sí, permitiendo efectuar modificaciones y correcciones sobre el sistema, con el fin de entrar a un proceso de mejora continua?. ¿De qué forma desarrollar sistemas para educación que sean interactivos en red o multithread, lo que facilitaría la comunicación e interacción a distancia entre varios usuarios sin limitar la calidad y desarrollo futuro de la educación?. 1.5.1 Enunciado del problema.. El propósito de este trabajo es elaborar un modelo temporal de datos y aplicación en Java y VRML para la implementación de sistemas interactivos en la educación constructiva, que. permita a los alumnos un ambiente gráfico y dinámico, una comunicación que se dé a diferentes partes del país y del mundo, a la vez que sea posible compartir una misma información a diferentes usuarios, guardar la relación cliente-servidor, generando una base de datos, que posteriormente será analizada sobre un modelo temporal (basado sobre el tiempo detectado que utilizó el alumno para realizar la actividad correspondiente a la lección) y así dar una retroalimentación efectiva, o tutoreo.. 11.

(23) 1.5.2 Justificación Este sistema revoluciona el sentido en los sistemas computarizados actuales para la enseñanza, que generalmente operan bajo reglas y secuencias predefinidas. Así, este programa tiene capacidad para registrar, analizar y evaluar la actividad e interacción de los estudiantes con respecto al tiempo y, conforme a este registro, es posible tener evidencias de actividades durante un intervalo de tiempo y concluir con una inferencia y retroalimentación efectivas, de manera que, sirvan como herramientas de apoyo al profesor, y que fomenten la construcción del conocimiento por parte del alumno, al permitir la libre exploración de un ambiente de trabajo. Una particularidad de este sistema es que permite la comunicación e interacción remota entre varios usuarios, lo que promueve el intercambio de ideas, la convivencia, una calidad más alta del conocimiento, mediante el enriquecimiento por todas las opiniones e ideas recibidas.. 1.6 Objetivos y metas del proyecto Debido a la problemática expuesta con anterioridad, se ha decido desarrollar este trabajo, sobre las bases de la Maestría en Ciencias Computacionales, teniendo como objetivo el desarrollo de un sistema de evaluación del software que aplica una teoría y la lleva a la practica en el salón de clases. Este diseño será desarrollado sobre la base del modelo para la formalización de la adquisición de habilidades y sobre los modelos de aprendizaje instructivista y constructivista, tal como es descrito en [13][26]. Un esquema de observación medido y controlado, basado en la observación y registro controlados de una manera computacional, es definido en términos de una arquitectura de sistema de enseñanza dirigida de hipermedia, mediante un programa interactivo realizado en VRML y Java. El propósito del esquema formal es mostrar cómo la investigación multidisciplinaria puede pennitimos el unir campos de estudio [tradicionalmente] incompatibles, tales como Psicología, Cognición e Inteligencia Artificial, al identificar patrones de comportamiento particulares (modelo temporal, mediante detección de acciones contra tiempo), los cuales pueden ser medidos cualitativa y cuantitativamente, y así proveer un marco sólido para la retroalimentación educacional computarizada, para el Modelo de Universidad Futura.. 1. 7 Estrategia General De acuerdo a la Figura 1.7.1, se contemplan nueve pasos que se siguieron para la realización de este proyecto, con lo que se pudieron desarrollar ocho pantallas que ejemplifican el potencial de esta herramienta desarrollo de un modelo temporal de datos y aplicación en Java y VRML para la implementación de sistemas interactivos en la 12.

(24) educación constructiva, que agilice y auitomatice la enseñanza en el área de matemáticas para preparatoria.. Modelo a bloques del diseño Desarrollo de un documento evaluativo para el tema concreto. 1Determinar la necesidad 1 Definir las metas Planteamiento tentativo Evaluación del plantemiento tentativo Desarrollo de estrategias de mejoramiento. 1Perfeccionamiento del proyecto 1 Reanálisis de metas. 1Implementación final 1 Figura l. 7.1 Secuencia de pasos que se llevaron a cabo para el desarrollo de este proyecto.. l. 8 Limitaciones Como cualquier sistema que pase por un proceso de mejora continua, para esta tésis se desarrolló un prototipo con todas las funciones relevantes para tener un sistema de enseñanza computarizado instructivista-constructivista. Con el tiempo, se le han agregado funciones y se han corregido otras, con base en la verificación y análisis de los resultados obtenidos en diferentes etapas del desarrollo. Sin embargo, aunque el sistema actual está razonablemente completo, existen todavía limitaciones en sus características y funciones. El sistema aquí desarrollado carece de tma naturaleza totalmente tridimensional y realista, 13.

(25) con la que el alumno puede vivir su clase como si fuera real, ni contiene música para estimular el ambiente en forma más agradable. Además, no tiene pantalla de video para interactuar con el profesor y poder verlo como persona, aunque el sistema detecta y representa con un Avatar (representación gráfica tridimensional y dinámica de un instructor o personaje) a cada alumno que ingresa a la lección. Estas características son deseables, aunque no indispensables, y pudieran considerarse en desarrollos futuros. Actualmente, las versiones de VRML y Java no se pudieron utilizar con una eficiencia cercana al 100 %. Se espera que las versiones de VRML y Java vayan mejorando y ampliando con el tiempo, de manera que se pueda contar con una base de desarrollo más amplia. Como trabajo a futuro, se propone continuar este proyecto para aplicarlo en diversas materias y situaciones reales, lograr un mejor análisis y afinar mejor el programa para una mayor efectividad. Se podrían generar también un registro más profundo de actividades del alumno y con mayor información, de manera que sea posible derivar un análisis pedagógico más detallado. Si es posible contar con un servidor propio, podría desarrollarse este mismo programa para niveles de educación secundaria, primaria y superior con los diferentes tipos de alumnos con los que un maestro se puede topar en estas diferentes etapas, inclusive si es posible, proyectar este tipo de trabajo a las artes, como, por ejemplo, en música donde ya se puede utilizar programas auditivos que vayan tutoreando al alumno y así pueda generar sus practicas con mayor eficiencia, al estar recibiendo retroalimentación auditiva, la cual será evaluado por un maestro, que en este caso proviene de la computadora. No se cuenta con una base de definiciones, ejercicios y prácticas aplicadas industrialmente, en donde el alumno pueda trabajar y a la vez aprender desarrollando requerimiento industriales reales para uso de los alumnos. Otra fase subsecuente sería desaiTollar una base de datos que contenga un acervo más amplio de temas de la vida real, de manera que el alumno pueda desarrollar sus lecciones sobre aplicaciones prácticas de lo que en ese momento esté aprendiendo, con proyectos reales en industrias y así proyectar su conocimiento, sobre la idea de que lo que aprende realmente tiene aplicación, su importancia y cómo usarlo, obteniendo experiencia desde el aula. Considero que para este punto se deberían establecer acuerdos con la industria.. 14.

(26) Capítulo JI MARCO TEÓRICO En esta sección se hace referencia a las teorías fundamentales que existen actualmente en computación y educación, y la relación entre estas dos grandes disciplinas. Se justifica el uso de la tecnología en educación, se enmarcan las características principales que justifican la elección de Java y VRML, se hace énfasis entre la educación constructivista e instructivista, sus diferentes puntos de vista y su relación, y se presenta una aplicación de esta teoría.. 2.1 Introducción y experiencia al integrar tecnología en la educación. 2.1.1 Experiencia Es conveniente tomar en cuenta la experiencia de un individuo, lo que normalmente se puede estudiar en tres pasos:. + Analizar el pasado antes de emprender un proyecto futuro. + Aprender de los errores pasados + Obtener una visión general del pasado, presente y futuro 2.1.2 Conceptos y Definiciones Dentro de la educación existen dos conceptos especialmente relevantes, que son: tecnología educacional, que fue dada a conocer por W. W. Charters en 1948 [41 ][42] y la tecnológica instruccional, dada por James Finn en 1963 [41 ][42]. Una definición acertada de la tecnología educacional es la de aplicar herramientas para propósitos educacionales, así como los materiales usados. Como Muffoletto en 1994 declaraba [41][42], "La tecnología no es una colección de máquinas y dispositivos, sino una forma para actuar" . En la educación, la combinación de procesos y productos se suman para dar lugar a procedimientos instruccionales, los cuales hacen uso de herramientas igualmente 15.

(27) instruccionales. Los procesos o procedimientos instruccionales dirigidos hacia la aplicación de las herramientas llegan a ser las teorías de aprendizaje basadas sobre las ciencias del acervo humano (conocimiento previo estudiado y experimentado) [41][42].. 2.1.3 Tecnología en Educación, como medio y comunicación audiovisual Saettler (1990) definió al movimiento audiovisual como "el desarrollo de la información que puede ser usada para libros y lecturas" presentados en slides y films. Posteriormente surgió la comunicación audiovisual como una rama de la teoría educacional y la practica utilizando el diseño y uso de mensajes que controlan el proceso de aprendizaje.. 2.1.4 Tecnología en Educación como sistema instruccional Este tipo de tecnología se desarrollo entre 1960 y 1970, y fue basada sobre la idea de que los recursos humanos (maestros) y los no humanos (medio), pueden ser clasificados por partes de un sistema para direccionar las necesidades instruccionales. La tecnología educacional es vista como un sistema para la comunicación de información instruccional y un sistema para diseñar, desarrollar y distribuir ésta forma. Los recursos para desarrollar la instrucción, fueron identificados sólo después de detallar el análisis de las metas de aprendizaje, de objetivos y clases de estrategia instruccional requeridas.. 2.1.5 Tecnología en Educación como herramientas de entrenamiento vocacional Esta tecnología es clasificada por los educadores vocacionales como la base para aumentar de valor los entrenamientos en específicas habilidades de trabajo. Esta perspectiva es basada en dos premisas. Primero: maneja la perspectiva de preparar estudiantes para el mundo de trabajo, por lo tanto el estudiante necesita saber acerca del uso de la tecnología. Segundo: los educadores tecnológicos consideran que un entrenamiento vocacional puede ser una práctica valiosa en la enseñanza de matemáticas, ciencias y lenguajes.. 2.1.6 Tecnología en Educación como computadoras y sistemas basados en computadora Desarrollado desde 1950, muchos educadores predijeron que la tecnología computacional llegaría a ser de las herramientas más importantes en la educación, aunque las aplicaciones instruccionales no llegar a tener el éxito, sirvió como base para que de 1960 a 1990 se aplicara en el salón de clase surgiendo lo que se llama "cómputo educacional". Por 1970, muchos 16.

(28) educadores se involucran con el medio, comunicaciones audiovisuales y sistemas instruccionales sobre los que se desarrollaron grandes alcances educacionales. Los educadores combinaron los recursos tecnológicos, incluyendo el medio, sistemas instruccionales y sistemas basados sobre computadoras, lo que permite el resurgimiento de lo que actualmente se denomina tecnología educacional.. Tecnología como Sistemas basados en computadora. Tecnología como Herramienta de Entrenamiento Vocacional. D. Medios nocomputacionales. Dispositivos computacionales. Figura 2.1.6.1 Varias clasificaciones de la tecnología en educación.. 2.2 Justificando el uso de la tecnología Motivar a los estudiantes a aprender, gozar el aprendizaje y querer aprender más, son grandes puntos para desarrollar en los educadores varias formas para enseñar dirigida por las necesidades de cognición, motivacionales y sociales. Los métodos basados en la tecnología han pro~?vido exitosamente varias clases de estrategias motivacionales que pueden ser usadas md1v1dualmente o en combinación. A continuación se muestra una tabla que contiene los elementos que pueden servir como una razón para el uso de la tecnología en la educación.. 17.

(29) l.. Motivación Ganar la atención del estudiante Comprometer al estudiante a través del trabajo de producción Incrementar la percepción de control. 2.. Capacidades instruccionales únicas Enlazar a los estudiantes con las fuentes de información Ayudar a los estudiantes a visualizar problemas y soluciones Dar seguimiento al progreso del estudiante Enlazar a los estudiantes con las herramientas de aprendizaje. 3.. Apoyo para nuevos enfoques instruccionales Aprendizaje cooperativo Inteligencia compartida Solución de problemas y habilidades de más alto nivel. 4.. Productividad de enseñanza incrementada Liberando tiempo para trabajar con estudiantes, ayudando con tareas de producción y registro Proveyendo información más precisa más rápidamente Permitiendo a los maestros a producir material de mejor apariencia y más "amistoso para el alumno" más rápidamente. Tabla 2.2. J Elementos que pueden servir como una relación para el uso tecnológico en la educación. Con base en lo anterior se puede observar que es imprescindible escoger un software que no sólo reuniera todas las características tecnológicas necesarios, sino educativas también, para utilizarlas a la vez. Así, se puede se seleccionó Java.. 2.3 Java Como una base de apoyo al seguimiento de la actividad de un alumno, se tomó la programación hecha en Java y VRML, con las que se desarrollaron simulaciones tridimensionales usando diversas arquitecturas. ¿Qué es Java? SUN Microsystems describe a Java como un lenguaje simple, orientado a objetos, distribuido, interpretado, robusto, seguro, neutro en cuanto a arquitectura, portátil, de alto rendimiento, multithreaded y dinámico.. 18.

(30) 2.3.1 Simple Es basado en C/C++. No maneja apuntadores sino referencias, strings y arreglos. Tiene recolección de basura (uso de espacio de memoria que dejó de usar un objeto) automática. No tiene preprocesador, es decir no hay #define, #include o #ifdef. 2.3.2 Orientado a Objetos Se tiene el concepto de clase, una colección de datos y métodos que operan sobre estos. Juntos, los datos y métodos definen el estado y comportamiento de un objeto. Las clases se arreglan en una jerarquía en la cual una subclase hereda comportamiento de su superclase. Esta jerarquía tiene una clase raíz. Java contiene un conjunto extenso de clases, acomodadas en paquetes, que pueden usarse en los programas. En particular el paquete java. awt maneja interfase gráfica con el usuario, java. io maneja entrada y salida, java.net maneja funciones de redes, y java. lang es la raíz de la jerarquía de clases de Java. En Java todo, exceptuando los tipos de datos numéricos, booleanos y carácter, se maneja usando clases. No hay herencia múltiple en clases. Pero se pueden heredar múltiples interfases (es decir sólo las declaraciones, o métodos abstractos, sin implementación).. 2.3.3 Distribuido Java se ha diseñado para dar soporte a aplicaciones en red. Es un lenguaje distribuido. Tiene clases para manejar URLs (uniform resource locator) y Sockets.. 2.3.4 Interpretado Los byte-codes son neutros en cuanto a arquitectura, permitiendo transportar los programas eficientemente a varias plataformas de hardware y de software. El compilador de Java genera byte-codes no genera código específico a una máquina. Para correr un programa de Java se usa el intérprete de Java para ejecutar los byte-codes compilados. En un ambiente interpretado desaparece la fase de ligado, permitiendo prototipos rápidos y mayor velocidad en el ciclo de desarrollo.. 2.3.5 Robusto Un programa de Java puede correrse en cualquier plataforma que implemente el sistema runtime (aplicación mínima que corre para ejecutarse el programa) de Java. Juntos, el sistema runtime y el intérprete implantan una máquina virtual Java. 19.

(31) Java es un lenguaje que originalmente fue pensado para hacer software para electrónica del consumidor y es robusto porque elimina ciertos tipos de error de programación muy comunes. Es un lenguaje altamente tipado, haciendo el chequeo al compilar y runtime de los límites de arreglos y strings. No maneja aritmética de apuntadores y hace recolección de basura de manera automática, además de manejar excepciones.. 2.3.6 Seguro El manejo de memoria en Java es mas seguro y es una defensa contra código malicioso, además se verifica el byte-code en el runtime para ver que no se violen restricciones del lenguaje, como la manera de cargar clases a través de la red. No se pueden reemplazar las clases estándar con otras versiones. Desde luego no hay tal cosa como seguridad perfecta. Java es simplemente más seguro.. 2.3. 7 Neutro en cuanto a arquitectura Los programas se compilan a un formato byte-code neutro. Esto lo hace útil en el contexto de programar aplicaciones en la red, pero permite también desarrollar una aplicación que corra en PCs, Macs y UNIX en todos sus sabores. En particular, java.awt le da la apariencia y comportamiento apropiado en cada plataforma.. 2.3.8 Portátil Una parte de ser portátil es el ser neutro en cuanto a arquitectura. Otra es especificar el tamaño de los tipos de datos primitivos y su comportamiento independientemente de la máquina. Java mismo es portátil. El compilador está escrito en Java y el sistema runtime en ANSI-C.. 2.3.9 Alto rendimiento Java es un lenguaje interpretado, así que es unas 20 veces mas lento que C. ¿Cómo podemos hablar de alto rendimiento? Para aplicaciones de redes y que usan GUI (Graphics User Interface) la velocidad es adecuada, pero a veces el rendimiento es crítico. Para lograr un alto rendimiento se cuenta con los llamados compiladores justo a tiempo (JIT) que traducen el byte-code a código de máquina de un procesador en particular durante el runtime, alcanzando rendimiento comparable al de C o C++ nativos. Java es más rápido que sus competidores directos, TCL, Peri y otros lenguajes 20.