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Rediseño y Validación de niveles de un curso intensivo de mejora de habilidades espaciales. Jorge Luis de la Torre, Carlos Carbonell Carrera, Rosa Navarro Trujillo, Jose Luis Saorín, Manuel Contero(1) Universidad de La Laguna, Avda Ángel Guimerá Jorge s/n-38204 La Laguna (Santa Cruz de Tenerife), 922319871, FAX: 922319870,
[email protected] (1)
Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia
Resumen: En este trabajo se describe el rediseño de un curso intensivo de mejora de las habilidades espaciales categorizados por niveles de dificultad y realizado en su totalidad utilizando materiales digitales (moodle como aula virtual y SketchUp como material de trabajo 3D). El trabajo parte de una experiencia anterior realizada con alumnos de ingeniería y se pretende crear un material modular que sirva para múltiples niveles y estudios. La categorización de niveles ha sido validada mediante una prueba con alumnos a los cuales se les ha medido los tiempos empleados en realizar los diferentes ejercicios. También se han trabajado todos los aspectos de usabilidad con el objeto de mejorar los resultados del mismo. Palabras Clave: Habilidades Espaciales, Aplicaciones Informáticas, eLearning, Innovación Tecnológica, Recursos Didácticos.
Abstract: This paper describes the redesign of a fast remedial course to improve spatial abilities categorized by levels of difficulty and made entirely using digital materials (such as a moodle virtual classroom and SketchUp as working material in 3D). This work is based on a previous experience conducted with engineering students and it is intended to create a modular material that serves for multiple levels and studies. The categorization of levels has been validated with students that measured the time needed to perform the different exercises. Furthermore, all aspects of usability have been modified in order to improve the results. Keyw ords: Spatial Abilities, Computer Applications, eLearning, Technological Innovation, Teaching Resources.
1. I ntroducción El grupo DEHAES está trabajando en la mejora de las habilidades espaciales desde el año 2004 y para ello ha desarrollado diferentes cursos y herramientas de mejora de las habilidades espaciales [ 1] . Una de las líneas de trabajo se basa en la utilización de aplicaciones web gratuitas y otra de las líneas utiliza software de modelado 3d de fácil implementación y bajo coste.
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En el ámbito de la Ingeniería, los estudiantes necesitan imaginar objetos en diferentes orientaciones, manipular modelos tridimensionales, reconstruir mentalmente dibujos de dos a tres dimensiones, en papel o en programas de diseño asistido por ordenador. Por este motivo la capacidad espacial se revela como una habilidad necesaria para que los estudiantes aborden con éxito los contenidos docentes; distintos autores relacionan un alto nivel de estas capacidades con el éxito en carreras técnicas: el pensamiento espacial es esencial para el pensamiento científico y se utiliza para representar y manipular información en el aprendizaje y en la resolución de problemas [ 2] ,[ 3] ,[ 4] . En el curso académico 2006-2007 se lleva a cabo una experiencia con un curso basado en la utilización del software SketchUp de Google [ 5] . Se propone una nueva metodología de apoyo al desarrollo de las relaciones espaciales y de la visión espacial, mediante el uso del programa SketchUp7. Se desarrolla durante tres semanas con un programa de actividades de 8 horas dentro de clase y 4 horas fuera de clase. Se combinan actividades de iniciación dedicadas al modelado de piezas reales y de piezas decididas libremente por los estudiantes, con niveles en los que se desarrollan los ejercicios tradicionales de expresión gráfica asistidos por un entorno 3D. Visto los resultados de este curso se pretende mejorar el material utilizado, categorizándolo por fases de aprendizaje y niveles de dificultad, e implementarlo dentro de un aula virtual en formato moodle. De esta manera se pretende que el material esté disponible para su uso en distintos centros y niveles educativos.
2. Antecedentes 2.1 Habilidades Espaciales La habilidad espacial entendida como la habilidad de reconocer piezas tridimensionales mediante plegado y desplegado de sus caras y el proceso de realizar mentalmente rotaciones y comparaciones en cubos bidimensionales y tridimensionales [ 6] es una capacidad que los estudiantes de titulaciones universitarias técnicas deben desarrollar para comprender los contenidos de sus estudios, ya que en un alto porcentaje están orientados a pensar y manipular mentalmente objetos para diseñar, calcular o proyectar. La adquisición de las habilidades espaciales en los alumnos de ingeniería,
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está correlacionada directamente con sus futuras posibilidades de éxito en el campo profesional [ 7] [ 8] [ 9] . Las asignaturas de Expresión Gráfica han utilizado las herramientas clásicas del Dibujo (escuadra,
cartabón,
compás,
papel,
lápiz…)
para representar
gráficos.
Los
conocimientos adquiridos y habilidades desarrolladas para representar y diseñar objetos se obtenían tradicionalmente mediante el uso de estas herramientas y del lenguaje normalizado de la ingeniería. Los ejercicios clásicos para aprender el lenguaje gráfico se pueden dividir en dos bloques: ‚
‚
Los realizados asistidos por las herramientas de dibujo. Los realizados a mano alzada, denominados croquis, para los que no se exige precisión sino proporciones y formas. A pesar de ser realizados a mano alzada utilizan las normas gráficas [ 10] .
El uso de las herramientas CAD, están totalmente implantadas en la profesión de ingeniería y arquitectura. En la actualidad es impensable trabajar en exclusividad con las herramientas tradicionales del dibujo técnico en los estudios de proyectos. Estas herramientas CAD han sustituido las técnicas tradicionales del dibujo, sin interferir con los dibujos croquizados que se siguen realizando a mano alzada con lápiz y papel. Por lo tanto, como apoyo a los contenidos teóricos de las asignaturas de Expresión Gráfica y para propiciar el desarrollo de las habilidades espaciales se pueden utilizar aplicaciones multimedia de libre acceso en la web [ 11] y/ o gratuitas, que aprovechan las nuevas tecnologías como una alternativa a los ejercicios de lápiz y papel tradicionales.
2.2 Mejora de habilidades espaciales mediante la realización de cursos de intensificación. Varios estudios realizados por investigadores, concluyen que las asignaturas de Expresión Gráfica mejoran las habilidades espaciales [ 12] [ 13] [ 14] . Los trabajos de Grandinscak & Lewis de “University of Melburne” apuntan que la mejora en las HE, no depende del programa académico. El uso de herramientas CAD, no es solamente
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cambiar el entorno de aprendizaje de la Expresión Gráfica introduciendo el ordenador, sino que hay que reflexionar sobre la tipología de ejercicios a emplear. Devon Foster de Pennsilvania State University, afirma que el trabajar en modelados sólidos mejora la visión espacial. Es cierto que todos los alumnos que acceden a la universidad no tienen el mismo nivel de HE, por ello que autores pioneros en este campo [ 15] han trabajado en el diseño de materiales didácticos y planes de estudio específicos con el objetivo de proponer cursos más o menos intensivos y la intención de aumentar estas habilidades en los alumnos y en el mínimo tiempo posible. De las experiencias realizadas se desprenden las siguientes conclusiones: -
Los cursos de mejora con ejercicios de lápiz y papel sirven para aumentar las capacidades espaciales.
-
El uso de juegos y material multimedia permite desarrollar las habilidades espaciales al menos en la misma medida que los ejercicios tradicionales.
-
Las aplicaciones basadas en CAD o nuevas tecnologías tienen una gran acogida por los alumnos, lo que aumenta su motivación y mejora los resultados.
2.3 Curso de Modelado 3D original El material que va a rediseñarse está basado en un taller que se impartió en el curso académico 2007-2008 basado en la utilización del software SketchUp de Google [ 5] . Se desarrolla durante tres semanas con un programa de actividades de 8 horas dentro de clase y 4 horas fuera de clase. Se combinan actividades de iniciación dedicadas al modelado de piezas reales y de piezas decididas libremente por los estudiantes, con niveles en los que se desarrollan los ejercicios tradicionales de expresión gráfica asistidos por un entorno 3D. En este curso participaron 40 alumnos voluntarios del primer curso de la titulación de Ingeniería Técnica de Obras Públicas de la Universidad de La Laguna. A pesar de que el taller funcionó bien para la mejora de las habilidades espaciales, se detectaron una serie de aspectos del mismo que se podían mejorar. Entre ellos
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destacan que los ejercicios no estaban clasificados por de niveles de dificultad, que no se disponían de tiempos medios de realización de cada uno de los ejercicios, que los materiales no estaban completamente digitalizados ni diseñados para el uso con aulas virtuales… Por ello existía una clara dificultad para aplicar este taller a diferentes niveles académicos o de edad, así como para trasladar la experiencia a otros centros educativos. En la Figura 1 podemos ver algunos ejemplos de materiales de este curso.
Figura 1. Ejemplo de materiales utilizados en el curso de Modelado 3D original
3. Rediseño y validación de niveles 3.1 Nuevo Diseño Vista la problemática del taller original, se planteó la realización de un rediseño de su estructura y de los materiales. Como se pretende que el curso sea válido para su uso en distintos centros y niveles educativos lo primero que se hizo fue simplificar la estructura y dejar solamente dos fases de aprendizaje. En la fase de iniciación se modelan figuras de la realidad o de perspectivas y en la fase de perfeccionamiento se modelan figuras a partir de las vistas. Cada una de estas fases de aprendizaje se divide a su vez, en tres niveles de dificultad. De tal manera que la estructura del curso queda según la Tabla 1.
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Tabla 1. Ejemplo de Tabla insertada en el Texto.
FASE
PRÁCTICAS/ NIVEL
LOGO
Crear modelos 3D a partir de piezas
PRÁCTICA 1.1
FASE DE I NI CI ACI ÓN
DESCRIPCIÓN
reales de aluminio. 24 figuras inscritas en una rejilla de
PRÁCTICA 1.2
3x3x3 con sus caras paralelas a los
NIVEL A
planos coordenados Crear
24 figuras inscritas en una rejilla de
modelos 3D a partir de
4x4x4 que además incluyen caras
NIVEL B
inclinadas
perspectivas 24 figuras inscritas en una rejilla de
isométricas de figuras
5x5x5 que además incluyen caras
NIVEL C
FASE DE PERFECCI ONAMI ENTO
curvas 24 figuras inscritas en una rejilla de PRÁCTICA 2.1
3x3x3 con sus caras paralelas a los
NIVEL A
planos coordenados Crear 24 figuras inscritas en una rejilla de
modelos 3D a partir de las
4x4x4 que además incluyen caras
NIVEL B
inclinadas
vistas
24 figuras inscritas en una rejilla de
normalizadas de figuras
5x5x5 que además incluyen caras
NIVEL C
curvas
.
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A la misma vez que se definió una estructura basada en niveles de dificultad y fases de aprendizaje, también se mejoró la maquetación de los contenidos. Se procuró que el enunciado y el ejercicio se resolvieran en el mismo espacio de trabajo (Figura 2).
Figura 2. Ejemplo de nueva maquetación de ejercicio en SketchUp.
3.2 Validación de las fases y niveles de aprendizaje En el curso 2010-2011 se realiza el taller con 77 alumnos de primero del grado de ingeniería electrónica y automática. A cada alumno se le pidió que completaran 12 ejercicios de cada nivel y que cronometraran el tiempo que tardaban en realizar dichos ejercicios. Como se puede ver en la Figura 3 los tiempos empleados crecen conforme pasamos del nivel A al nivel C. Por otro lado se comprueba que la fase de perfeccionamiento es sensiblemente más complicada que la fase de iniciación. De esta manera tenemos una comprobación cuantitativa de que la distribución del curso en fases de aprendizaje y niveles de dificultad es correcta. Por ello y disponiendo de los tiempos medios de cada uno de los ejercicios se pueden proponer diferentes modalidades del mismo curso atendiendo al nivel académico de los participantes y al tiempo disponible.
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Figura 3. Tiempos medios de resolución de ejercicios por fases y niveles.
4. Conclusiones y futuros trabajos La categorización de niveles empleada es adecuada, puesto que los tiempos se incrementan con los niveles en la fase de iniciación y la fase de perfeccionamiento resulta más difícil que la de iniciación (sobre todo en los niveles B y C). La implementación de todos los contenidos e instrucciones del taller dentro de un aula virtual es posible y permite tenerlo preparado para realizarlo en cualquier sitio. Como futuros trabajos están el diseño y validación en distintos ámbitos educativos de cursos adaptados a un tiempo y un nivel determinado.
5. Agradecimientos Este artículo está financiado en parte con fondos procedentes del proyecto: «Mejora del Razonamiento Espacial y Visual mediante Herramientas Tecnológicas Avanzadas» (ESREVIC). Ministerio de Educación, Plan Nacional de I + D + I (2008-2011). Ref. TIN2010-21296-C02-02.
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[ 11] Martín-Gutiérrez, J.; Martín, N.; Saorín, J.L.; Contero, M.; Navarro, R., “Aplicaciones web para el desarrollo de las habilidades espaciales”. XX Congreso Internacional de Ingeniería Gráfica, Junio, Valencia, 2008 [ 12] Dominguez Posada, Rodriguez Jose, “Influencia de las asignaturas gráficas sobre el desarrollo de la vision espacial en los alumnos de las escuelas técnicias superiores. (ETSI caminos de Madrid)”, Tesis doctoral de la Escuela Tecnica Superior de Ingenieros de Canales y Puertos. Universidad Complutense de Madrid, 1994 [ 13] Gradinscak, Zlatko ; Lewis, William P., “An evaluation of curriculum changes in engineering graphics”, (IDATER 95) International Conference on Design and Technology Educational Research and Curriculum Development, 1995 [ 14] Devon, R; Engel R.S.; Foster, RJ; Sathianathan, D;Turner G.F.W., " The effect of solid modelling Software on 3-D visualization Skills”,
Egineering Design Graphics
Journal, Vol 58 nº 2, pp 4-11, 1994 [ 15] Sorby, Sheryl A., “ Improving the Spatial Skills of Engineering Students: Impact on Graphics Performance and Retencion”, Engineering Graphics Design Journal, Vol 60 nº 3, pp 31-36, 1999.
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