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II Jornadas de Innovación Docente Universitaria UCA Charla corta Pablo Pavón‐Domínguez et al 292 Aplicación Móvil para la Visualización de Escenas Tridimensionales en Sistema Diédrico Mediante Realidad Aumentada Pablo Pavón‐Domínguez*; José Miguel Mota Macías+; Iván Ruiz Rube+, Tatiana Person Montero+; Álvaro Peral Moyano*; Juan Carlos Coronel García* *Departamento de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial, Escuela Superior de Ingeniería, Universidad de Cádiz. + Departamento de Ingeniería Informática, Escuela Superior de Ingeniería, Universidad de Cádiz. pablo.pavon@uca.es RESUMEN: Una de las competencias específicas de la asignatura de Dibujo Técnico en primero de los grados de ingeniería hace referencia al desarrollo de la capacidad de visión espacial. En este sentido, la comprensión del Sistema Diédrico por parte del alumno permite el desarrollo de la misma y proporciona las bases para una inmersión más sencilla en otros ámbitos del dibujo técnico. Sin embargo, la compresión del Sistema Diédrico requiere de un esfuerzo de abstracción elevado, lo cual, es una de las principales dificultades a las que el alumno se enfrenta en su proceso de aprendizaje. Con el objetivo de facilitar este proceso, se ha puesto en marcha una experiencia piloto con los alumnos de los Grados de Ingeniería en Tecnologías Industriales e Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Producto. Los alumnos dispusieron en la sesión de prácticas de una aplicación móvil que permitía la visualización de los ejercicios en Realidad Aumentada (RA). La RA permite superponer información virtual sobre la imagen del mundo real, capturado por una cámara, en tiempo real, consiguiendo de esta manera “aumentar” la información sobre nuestro entorno. Para la evaluación de la experiencia, se realizó un estudio comparativo entre dos grupos de alumnos. El primero, un grupo control que no disponía de la herramienta, y el segundo, con acceso a la aplicación móvil. Los resultados muestran que, por un lado, los alumnos valoraron positivamente la herramienta, destacando la utilidad de la misma. Asimismo, los alumnos que dispusieron de la aplicación percibieron los ejercicios con menor grado de dificultad. Respecto a las calificaciones, no se evidencia una correlación directa entre el uso de la aplicación y una mejora de los resultados, sin embargo, al introducir la variable de conocimientos previos de dibujo técnico, se observa que la aplicación mejora ostensiblemente los resultados de los alumnos que no tenían conocimientos previos de dibujo. PALABRAS CLAVE: Aprendizaje Colaborativo; Diseño; Valores; Nuevo Ingreso. INTRODUCCIÓN La aplicación de la tecnología en ámbitos académicos ha demostrado ser un instrumento muy útil para mejorar la experiencia de los estudiantes (1). En este sentido, la aplicación de tecnologías como la Realidad Aumentada (RA) potencia los aspectos motivacionales relativos a la atención y la satisfacción por parte del alumnado (2). Esta tecnología permite incluir elementos virtuales (imágenes, textos, modelos 3D, etc.) sobre la imagen del mundo real, la cual es capturada por una cámara, en tiempo real. De este modo, la RA potencia la percepción de los usuarios y mejora su interacción con el mundo real, visualizando información que pueden detectar a través de sus sentidos (3) Por otro lado, el desarrollo de la capacidad de visión espacial es una de las competencias fundamentales en el aprendizaje de los fundamentos del dibujo técnico. Aprovechando el uso de los avance tecnológicos de la RA y su uso integrado en los dispositivos móviles (smartphones /tablets) se ha desarrollado una actividad basada en el concepto BYOD (Bring Your Own Device, trae tu propio dispositivo) el cual requiere que los alumnos dispongan de su propio dispositivo móvil en clase, para poder tener acceso al nuevo método docente basado en RA. En las siguientes secciones se describe la app, su empleo en el aula, la evaluación con respecto a las calificaciones del alumnado y las opiniones recolectadas. ACTIVIDAD FORMATIVA CON RA Con el objetivo de facilitar la comprensión del Sistema Diédrico al alumnado del primer curso de los Grados de Ingeniería, se ha desarrollado una aplicación móvil para dispositivos Android con la cual visualizar una serie de II Jornadas de Innovación Docente Universitaria UCA Charla corta Pablo Pavón‐Domínguez et al 293 ejercicios utilizando RA. La aplicación se encuentra disponible para su descarga gratuita en la plataforma Google Play10. Para el desarrollo de la aplicación móvil se ha utilizado VEDILS11, una plataforma para la autoría de aplicaciones móviles multimodales basadas en RA y desarrollada por investigadores de la Universidad de Cádiz. Debido a la facilidad de uso de esta herramienta, el tiempo necesario para la construcción de aplicaciones móviles con capacidades de RA y de monitorización de actividad de los usuarios se reduce drásticamente, en comparación con el uso de entornos de desarrollo tradicionales como Eclipse o Android Studio (4). Los modelos 3D mostrados en la RA fueron desarrollados por el profesor usando SolidWorks12. La aplicación desarrollada tiene dos tipos de usuarios establecidos: estudiante y profesor. Cuando se utiliza con el perfil de usuario estudiante los pasos son los siguientes: una vez que el estudiante abre la aplicación e introduce su nombre, tendrá que elegir entre una serie de ejercicios previamente predefinidos por el profesor, véase Figura 1a. Una vez elegido el ejercicio, la aplicación abrirá el visor de la cámara del dispositivo y en el momento en que se reconozca la marca de RA asociada al ejercicio 2D en cuestión, la aplicación visualizará el correspondiente modelo tridimensional, véase Figura 1b. A partir de ahí, el estudiante podrá, haciendo uso de sencillos gestos táctiles, rotar, aumentar o disminuir el modelo 3D. Una vez terminada la actividad el estudiante podrá rellenar una encuesta sobre su experiencia con la aplicación. Figura 1. (a) Opciones de la aplicación: lista de ejercicios, rellenar encuesta, salir (b) App visualizando un modelo 3D Por otro lado, cuando se utiliza la aplicación con el perfil de usuario profesor, previamente identificado como tal, tendrá acceso en tiempo real a los resultados de la encuesta de satisfacción de los estudiantes, así como las interacciones de los usuarios con la aplicación. Estas actividades deben ser evaluables por el profesor, debiendo contar para ello con encuestas de satisfacción y sobre todo con la recogida de las interacciones del usuario con la aplicación, para conocer datos como: número de veces que la aplicación ha sido utilizada, 10 https://play.google.com/store/apps/details?id=appinventor.ai_ vedils.ExpresionGrafica 11 http://vedils.uca.es 12 https://www.3ds.com/es/productos‐y‐servicios/solidworks/ donde están utilizando los alumnos la aplicación, que modelos son más visualizados, etc. En la Figura 2a podemos ver los resultados obtenidos para la consulta sobre los modelos más visualizados y en la Figura 2b los resultados de la encuesta de satisfacción. Figura 2. (a) Información sobre los modelos visualizados por los estudiantes (b) Resultados de la encuesta. EVALUACIÓN DE LA APP La prueba piloto se desarrolló en la sesión de prácticas dela asignatura de Expresión Gráfica y Diseño Asistido en los Grados en Ingeniería en Tecnologías Industriales (GITI) e Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Producto (GIDIDP). Inicialmente estaba previsto que sólo se desarrollase en el GITI, pero la baja participación del alumnado motivó que se desarrollase también con los alumnos de GIDIDP, con el objeto de obtener una muestra de alumnos más representativa. En total, 102 alumnos asistieron a dichas sesiones de prácticas. En ambas titulaciones, las prácticas se desarrollan en dos grupos, uno a continuación del otro. En el primer grupo, usado como control, se desarrolló la clase de forma habitual. El grupo control está formado por 47 alumnos, que resolvieron una serie de ejercicios sin el apoyo de la app. En el segundo grupo, los alumnos fueron informados del proyecto y se procedió a facilitarles el acceso a la aplicación móvil (app), tras desarrollar las mismas explicaciones teóricas que en el primer grupo. Este segundo grupo estaría formado por los 55 alumnos restantes. En ambos grupos, los alumnos debían resolver individualmente los mismos ejercicios, con la diferencia de que los alumnos del segundo grupo disponían de la ayuda de la app, consistente en la representación tridimensional en Realidad Aumentada (RA) de las soluciones de los ejercicios. Tabla 1. Resumen de participación ALUMNOS: 102 Grupo 1: No se les ofreció la app GRUPO 2: Se les ofreció la app 55 alumnos (a) (b) (a) (b) II Jornadas de Innovación Docente Universitaria UCA Charla corta Pablo Pavón‐Domínguez et al 294 47 alumnos 28 usaron la app (51%) 27 no usaron la app (49%) Sin embargo, no todos los alumnos a los que se les ofreció, decidieron emplear la app en la sesión de prácticas. De los 55 alumnos del segundo grupo, 27 declinaron emplear la misma, aduciendo diversas razones. Por un lado, algunos alumnos no disponían de sistema Android en su móvil, otros no tenían espacio suficiente para la instalación de la app. En cualquier caso, resulta llamativo que la mitad de los alumnos a los que se les ofreció el uso de la app no lo hiciesen, bien por impedimentos técnicos o bien porque no la encontraron de interés. De este modo, eliminado a los alumnos que rehusaron emplear la app queda el reparto del siguiente modo: Grupo control. 47 alumnos. 62,7 % Grupo app. 28 alumnos. 37,3% EVALUACIÓN DE LAS CALIFICACIONES OBTENIDAS Se procede a evaluar la influencia del uso de la app en las calificaciones de los alumnos. Para ello, se van a tener en consideración dos variables. Por un lado, la calificación total de la práctica, y por otro, la resolución correcta o incorrecta de un ejercicio final, del que los alumnos que emplearon la app tampoco disponían de la solución. Calificación global de la práctica La calificación media de los alumnos que usaron la app fue de 5,93, mientras que la calificación media del grupo control es de 5,69. La desviación estándar también es muy similar, siendo 2,61 y 2,53, respectivamente. Se agruparon las calificaciones de los alumnos en tres categorías: suspenso, aprobado y sobresaliente. Como puede observase en la Figura 3, el porcentaje de alumnos que emplearon la app es inferior en las categorías suspenso y aprobado, siendo superior en la categoría sobresaliente. Figura 3. Frecuencia relativa de calificaciones según uso de la app Para 2 grados de libertad, se obtiene un valor de Chi‐ Cuadrado de 1,107, que se corresponde con un nivel de confianza muy bajo. De este modo, se rechaza la hipótesis de partida, al no encontrarse correlación entre el uso de la app y la calificación obtenida en la práctica. Estos resultados parecen indicar que la app no tiene un efecto significativo sobre la calificación de los alumnos, aunque deja abierta la posibilidad a que sí exista una relación de causalidad en aquellos alumnos que obtienen las calificaciones más altas, las cuales también están influenciadas por el hecho de haber cursado en bachillerato o estudios anteriores la asignatura de dibujo técnico. Calificación del ejercicio final Como se ha comentado, el último ejercicio de la práctica se empleó a modo de “prueba” o “control”, ya que ninguno de los grupos tenía acceso a la solución del mismo. Se trataba de un ejercicio de resolución inversa a los planteados durante la práctica y que tenía como finalidad la de discernir qué alumnos habían entendido conceptualmente la práctica. El 33% de los alumnos que usaron la app resolvieron correctamente el ejercicio final, frente al 35% del grupo control que lo resolvieron correctamente. Se procede a evaluar si esta diferencia es significativa. Para 1 grado de libertad, se obtiene un valor de Chi‐Cuadrado de 0,016, que se corresponde con un nivel de confianza muy bajo. De este modo, se rechaza a hipótesis de partida y se concluye no existe correlación entre el uso de la app y la mejora en la capacidad de resolución de los ejercicios. EVALUACIÓN DE LAS CALIFICACIONES DE LOS ALUMNOS CON CONOCIMIENTOS PREVIOS DE DIBUJO TÉCNICO QUE HAN USADO LA APP En relación con el apartado anterior, se observa que el porcentaje de alumnos que tienen conocimientos previos en diédrico es superior en el grupo que utilizó la app (83%) frente al grupo control (63%). Nótese que el grupo que usó la app se conformó a partir de un grupo mayor a los que se le ofreció la herramienta, declinando voluntariamente su uso un elevado porcentaje de alumnos. De este modo, de entre los alumnos que decidieron usarla, hay un mayor porcentaje de alumnos con conocimientos previos de dibujo técnico. Este hecho nos hace pensar que los alumnos que tenían conocimientos previos de dibujo técnico consideraron que la app sería de utilidad. En la tabla 2 se muestra la correspondiente tabla de contingencia, a partir de la cual se calcula el valor de la Chi‐ Cuadrado. Tabla 2. Tabla de contingencia: Uso de la app x conocimientos previos de dibujo técnico Conocimientos previos Sin conocimientos previos Total Grupo app 20 4 24 Grupo control 29 17 46 Total 49 21 70 II Jornadas de Innovación Docente Universitaria UCA Charla corta Pablo Pavón‐Domínguez et al 295 Para 1 grado de libertad, se obtiene un valor de Chi‐ Cuadrado de 3,092, que se corresponde con un nivel de confianza superior al 90%. Se acepta la hipótesis de partida, es decir, se acepta que haber cursado dibujo técnico con anterioridad influye en que el alumno tenga más predisposición a emplear la app. A continuación, se procede a comprobar si existe relación conjunta entre las variables anteriormente estudiadas, esto es, se desea comprobar si existe relación entre las calificaciones de los alumnos y el empleo de la app, teniendo en cuenta simultáneamente sus conocimientos previos en dibujo técnico. Al contrastar esta hipótesis queremos comprobar si las calificaciones están relacionadas con la combinación de haber cursado dibujo técnico13 con anterioridad y con el uso de la aplicación. Tabla 3. Tabla de contingencia: Uso de la app‐conocimientos previos de diédrico x calificaciones Para ello se establecen cuatro categorías de alumnos, en función del empleo de la app y de sus conocimientos previos, tal y como se muestra en la Tabla 3. Obtenida la tabla de contingencia, procedemos al cálculo de la Chi‐Cuadrado. Para 6 grados de libertad, el valor de Chi‐cuadradoes 14,141, lo cual permite aceptar la hipótesis de partida con un nivel de confianza superior al 95%. Se acepta la hipótesis de que la calificación obtenida en la práctica es una combinación de haber cursado dibujo técnico con anterioridad y haber usado la app. De este modo, los alumnos con conocimientos previos de diédrico y que han usado la app, se relacionan con mejores calificaciones. Obsérvese en la Figura 3, la ausencia de suspensos en el grupo de alumnos sin conocimientos previos que han usado la app, así como el mayor porcentaje relativo de alumnos con calificación sobresaliente en el grupo (1) frente al (2). 13 Se ha comprobado, aunque no se muestra, la relación entre calificación y haber cursado previamente dibujo técnico. El análisis arroja que no existe correlación entre ambas variables. Figura 3. Frecuencia relativa de calificaciones según uso de la app x conocimientos previos de dibujo técnico PERCEPCIÓN DE LOS ALUMNOS SOBRE EL GRADO DE DIFICULTAD DE LOS EJERCICIOS Se desea explorar a continuación si el empleo de la app influye en la percepción de la dificultad de los ejercicios de diédrico. Como se observa en la Figura 4, en una escala de dificultad de 1 a 5, los alumnos del grupo control perciben que los ejercicios son de mayor dificultad (media = 3,52) frente a los alumnos que usaron la app (media = 3). Además de que el valor medio es mayor, no aparecen respuestas de “muy fácil” o “fácil” en el grupo control. Se procede a evaluar si estas diferencias son significativas y, por tanto, el empleo de la app reduce la percepción de dificultad de los ejercicios. Figura 4. Porcentaje de respuestas de percepción de dificultad. (a) Grupo control, (b) Grupo app. Para 4 grados de libertad, se obtiene un valor de Chi‐ Cuadrado de 8,537, que se corresponde con un nivel de confianza superior al 90%. De este modo, se acepta a hipótesis [0‐5] [5‐8] [8‐10] Total (1) Conocimientos previos y ha usado la app 6 7 7 20 (2) Conocimientos previos y no ha usado la app 4 17 8 29 (3) Sin conocimientos previos y ha usado la app 0 2 2 4 (4) Sin conocimientos y no ha usado la app 10 5 2 17 Total 20 31 19 70 (a) (b) II Jornadas de Innovación Docente Universitaria UCA Charla corta Pablo Pavón‐Domínguez et al 296 de partida y se concluye que el uso de la aplicación reduce la percepción de dificultad de los ejercicios. IMPRESIÓN DE LOS ALUMNOS SOBRE LA APP Los alumnos que emplearon la app fueron sometidos a un cuestionario final desarrollado en la propia aplicación, recogiendo preguntas sobre su percepción acerca de la utilidad de la app en su proceso de aprendizaje. Se muestran a continuación las respuestas de los alumnos a cada una de las preguntas: Q1. ¿Consideras que la visualización 3D de los problemas de la práctica te ha servido para entender los ejercicios?… (posibles respuestas: nada, algo, bastante, mucho). Para la mayoría de los alumnos, disponer de las soluciones en RA les pareció de utilidad, destacando que más del 80% de los alumnos consideraron que la visualización 3D de los problemas les había servido bastante o mucho. Q2. Consideras que la app es adecuada para la visualización 3D de los problemas de la práctica… (posibles respuestas: nada adecuada, algo adecuada, bastante adecuada, muy adecuada). Para la práctica totalidad de los alumnos la app es bastante adecuada o muy adecuada para su finalidad, y que, por tanto cumple su función para más del 90% de los alumnos. Q3. El uso de la app te ha motivado… (posibles respuestas: nada, algo, bastante, mucho). Para el 50% de los alumnos, el uso de la app en el aula fue “algo” motivador. También es significativo el porcentaje de alumnos que declaró que la experiencia había sido bastante o muy motivadora. Q4. Consideras que el uso de esta app debería generalizarse a las clases de teoría y prácticas… (posibles respuestas: Sí, No). La práctica totalidad de los alumnos que usaron la app (>95%) considera que el uso de esta aplicación debería generalizarse a las clases de teoría y práctica de diédrico. CONCLUSIONES En este artículo se presenta una experiencia piloto para la asignatura de Expresión Gráfica y Diseño Asistido en los Grados en Ingeniería en Tecnologías Industriales (GITI) e Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Producto (GIDIDP), haciendo uso de la RA en dispositivos móviles para mejorar la percepción visual de los alumnos. La aplicación ha sido implementada usando la herramienta de autoría VEDILS desarrollada por la Universidad de Cádiz. Para la evaluación de la experiencia se crearon en cada titulación dos grupos, uno de control que no tenía acceso a la aplicación y otro grupo de alumnos que se instalaban la aplicación desarrollada. Los resultados muestran que no hay grandes diferencias en las calificaciones finales entre los alumnos que han utilizado la aplicación y aquellos que seguían el método tradicional al impartir las clases. Pero cabe destacar que, si se tiene en cuenta la experiencia anterior en dibujo técnico, las calificaciones más altas han sido las obtenidas por los alumnos que tenían conocimientos previos y han usado la app. Asimismo, la app mejora las calificaciones de los alumnos que no han cursado previamente dibujo técnico. La aplicación tuvo muy buena acogida entre los alumnos que la instalaron, indicando estos que este tipo de actividad debería generalizarse al resto de la teoría y prácticas de diédrico. Actualmente se está trabajando para incluir nuevos modelos para los ejercicios de diédrico. También se está estudiando el desarrollo de nuevas aplicaciones basadas en dispositivos móviles para otras actividades de la asignatura. AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido financiado a través de la convocatoria de proyectos de innovación y mejora docente de la Universidad de Cádiz, con el proyecto “Aprendizaje basado en dispositivos móviles para la mejora de la visión espacial de escenas” (SOL‐201600064864‐TRA). REFERENCIAS [1] NMC Horizon Report, Games and Gamification, The New Media Consortium, 2014. [2] A. Di Serio, M. B. Ibáñez, C. D. Kloos, Impact of an augmented reality system on students’ motivation for a visual art course, Computers & Education 68 (2013) 586–596 [3] R. T. Azuma, A survey of augmented reality, Presence: Teleoperators and virtual environments 6 (4) (1997) 355–385 [4] Balderas, A., Ruiz‐Rube, I., Mota, J. M., Dodero, J. M., & Palomo‐Duarte, M. (2016). A development environment to customize assessment through students interaction with multimodal applications. In Proceedings of the Fourth International Conference on Technological Ecosystems for Enhancing Multiculturality (pp. 1043‐1048). ACM.
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