Realidad virtual aplicada al mejoramiento del aprendizaje de las ciencias exactas

Virtual reality applied to the improvement of the learning of exact sciences

La realidad virtual es un mundo abstracto generado por un ordenador, en donde el usuario tiene la sensación de estar en un entorno diferente. No obstante, el término realidad virtual también puede aplicarse a otros ámbitos como, por ejemplo, la educación. En este contexto se implementó el software de realidad virtual, con el uso de imágenes en 3D y el giroscopio del celular. Con esto se pretende obtener un mejor entendimiento de las asignaturas que necesitan más explicación, como en el caso de la física fundamental. En cuanto a la práctica, se realizó una imagen de prueba que fue observada en las gafas de RV, también se encuestó a un grupo de estudiantes de la Universidad de las Fuerzas Armadas, para determinar los resultados de aceptación del proyecto. Al final se espera tener como resultado una nueva metodología de aprendizaje incentivando el uso de las tecnologías de la información.

Palabras Claves: Realidad Virtual, Giroscopio, Unreal, Ciencias exactas, 3D.

Virtual reality is an abstract world generated by a computer, where the user has the feeling of being in a different environment. However, the term virtual reality can also be applied to other areas, such as education. In this context, virtual reality software was implemented, with the use of 3D images and the gyroscope of the cell phone. This is intended to obtain a better understanding of the subjects that need more explanation as in the case of fundamental physics. As for the practice, a test image was made that was observed in the VR glasses. A group of students from the University of the Armed Forces was also surveyed to determine the results of acceptance of the project. In the end it is expected to result in a new learning methodology encouraging the use of information technologies.

A realidade virtual é um mundo abstrato gerado por um computador, onde o usuário tem a sensação de estar em um ambiente diferente. No entanto, o termo realidade virtual também pode ser aplicado a outras áreas, como a educação. Neste contexto, foi implementado software de realidade virtual, com o uso de imagens em 3D e o giroscópio do celular. Pretende-se obter uma melhor compreensão dos assuntos que necessitam de mais explicações, como no caso da física fundamental. Quanto à prática, foi feita uma imagem de teste que foi observada nos óculos de realidade virtual e um grupo de estudantes da Universidade das Forças Armadas também foi pesquisado para determinar os resultados de aceitação do projeto. No final, espera-se que resulte em uma nova metodologia de aprendizagem que incentive o uso de tecnologias da informação.

Palavras-chave: Realidade Virtual, Giroscópio, Unreal, Ciências Exatas, 3D.

Con el paso de los años la educación ha ido cambiando paulatinamente, muchos docentes ya utilizan herramientas tecnológicas para el aprendizaje de su asignatura; sin embargo, todavía existen profesores que aun aplican las técnicas de enseñanza antiguas. Esto suele provocar la falta de interés por parte de los estudiantes en las horas de clase, lo que afecta de manera negativa la capacidad de retener la información de una materia, esto sumado con los horarios y la carga de tareas que padece cada estudiante de una institución educativa provoca un mal rendimiento del mismo, donde se ve reflejado en el resultado de los exámenes.

Para solucionar la problemática mencionada se realizó un estudio sobre la implementación de la realidad virtual para el mejoramiento del aprendizaje en las asignaturas correspondientes a las ciencias exactas, fundamentalmente en el área de lógica matemática, para ello es necesario usar las gafas de realidad virtual acompañado con un celular que permitirá la reproducción de las simulaciones en 3D; “el uso de imágenes tridimensionales en la educación es una nueva temática, que pronto se hará revolucionaria convirtiéndola en un aprendizaje más dinámico y motivador” (Gasca, Peña, Gomez, Óscar, & Jose, 2015).

Este estudio se basó en el proyecto de “Google Expeditions”, en donde toma en cuenta los términos de realidad virtual y la realidad aumentada; Expeditions es una aplicación que sirve como herramienta de trabajo para los docentes, que les proporciona enseñar de manera más dinámica los temas de diferentes asignaturas y ellos son quienes podrán modificar el escenario e incluso los objetos que van a ser visualizados en la imagen en 3D (Araque, 2016).

Esta aplicación permite explorar el mundo dentro de un aula de clase, de una forma realista y económica; es decir, que “los estudiantes podrán conocer de cerca monumentos y lugares históricos como la tumba de un faraón, la ciudad azteca, también les permite bucear en los océanos e incluso visitar el espacio exterior” (Fernández, 2016).

Los fabricantes de Samsung ya empezaron a elaborar un modelo de aprendizaje inmersivo, que se compone de una maleta que está conformada por equipos necesarios para aplicar el método de trabajo relacionados con imágenes tridimensionales (Educación3.0, 2016).

Las primeras apariciones de tecnologías con realidad virtual se dieron en el año de 1958 en la empresa Philco Corporation, que consistía en usar un casco el cual este seguía o estaba adaptado a los movimientos de la cabeza que el usuario realizara, la finalidad de este dispositivo era para recursos militares. Con el paso del tiempo la NASA fue mejorando esta tecnología hasta el punto de permitir que el usuario pueda formar parte de la consola con el cuerpo completo (IGN, 2016).

La realidad virtual es un medio por el cual se une el hombre con la máquina, en donde la persona se sumerge a un mundo abstracto que es generado por un ordenador, el usuario puede interactuar y navegar en ese entorno (Pérez, 2011). El auge de la realidad virtual ya es un hecho a tomar en cuenta para el futuro de la educación; en este trabajo se intenta analizar el pasado, presente y futuro de esta tecnología, para conocer que se puede realizar en el corto y largo plazo, e indagar en ella como un recurso posible para la educación, de esta manera se explora de que trata la realidad virtual, como también se investigan los usos que se ha dado a esta tecnología, además se realiza un énfasis en el campo de la educación superior y se finaliza diciendo cuándo y cómo se utiliza o no en la enseñanza, acompañándolo de un breve análisis de debilidades, amenazas, fortalezas y oportunidades que nos puede brindar como un recurso educativo, a partir de esto se describen dos sesiones de ciencias experimentales introduciendo a la realidad virtual como recurso (Lopez, s.f.).

Hoy en día nos hemos dado cuenta cómo va revolucionando las tecnologías, es por ello que ha comenzado a tener mucho auge la realidad virtual. En desarrollo de esta nueva metodología de enseñanza Google mediante su proyecto de “Google Expeditions” esta aportando fuerte en el ámbito de la educación siendo un el pilar fundamental en el mejoramiento de la enseñanza en las instituciones educativas. Como se había mencionado antes Google lanzo el programa con el fin de que los docentes tengan una nueva forma para enseñar cualquier tipo de localización del mundo desde la sala de estudio omitiendo el uso de un proyector, haciendo innovadora y más didáctica la clase. Con el propósito de que los alumnos puedan observar las imágenes son provistos de unas gafas de realidad virtual. Sin duda “Expeditions” ha cambiado la manera de dar las clases, no solo haciéndolo más novedoso, sino, también más complementario (Araque, Andro4Cill, 2016).

Debido a que los estudiantes deben aprender, entender y a la vez interpretar de manera creativa la información adquirida y una forma para que ellos puedan captar de mejor manera cualquier dato es por medio de la visualización. Por tal motivo el uso de la realidad virtual permite que los estudiantes puedan visualizar la información por medio de imágenes abstractas lo que les permitirá tener una mejor retención y dominio del tema explicado por los docentes; esto se da porque las personas aprender mejor haciendo o interactuando con la temática (Escartín, 2000).

Para la realización de dicha investigación se empezó con la indagación de información correspondiente al campo de la realidad virtual dedicada al ámbito de la educación didáctica. Para la extracción de la idea fundamental se basó en el análisis de un estudio de “Google Expeditions”, proyecto que se enfoca al uso de las imágenes 3D

para enseñar a los estudiantes el sistema solar y temas de ciencias de la vida.

Para la obtención de la información acerca del conocimiento y uso de esta tecnología, se realizó una encuesta a 51 estudiantes correspondientes a una muestra de la carrera de Ingeniería en Tecnologías de Información en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE sede Santo Domingo.

La realidad virtual se puede clasificar en inmersiva y mixta, la diferencia radica en la manera cómo interactúa el usuario dentro de los entornos. Por otro lado, la realidad mixta usa un entorno natural para ver las animaciones. Una de las tareas más importantes dentro de la realización de RV es la exportación de las imágenes en 3D que se visualizaran posteriormente en un dispositivo móvil. Para un mejor entendimiento de la metodología aplicada, se ha visto la necesidad de dividir la explicación en dos fases.

Gráfico 1: Materiales para visualizar las imágenes en 3D. Fuente: Imagen de propiedad Julio Villares. 2018.

Se usó el software Unreal Engine 4 que es un motor gráfico especializado en el desarrollo de juegos en 3D. Una de las maravillas que ofrece este motor es la calidad con la que se crean sus imágenes, y que a pesar de que los proyectos son pesados se ven recompensados en los detalles de su producto final.

En la elaboración de las imágenes 3D se creó un nuevo proyecto en Unreal el cual por defecto exporta elementos dentro de su consola de programación. Por consiguiente, se debió configurar el tipo de visión para las gafas de realidad virtual, recordando que en este modo los objetos se relacionan en forma vectorial. El lenguaje de programación que emplea Unreal es C++ ofreciendo una gran estabilidad al momento de crear sus proyectos, motivo por el cual grandes empresas apuestan por el uso de este motor. Al finalizar el proyecto se exporta al sistema Android en donde Unreal renderizar las imágenes en un formato (.avi), con un máximo de resolución de 1208 x 720.

En esta etapa se tomó en cuenta el hardware utilizado dentro del proyecto. Para ello al renderizar las imágenes se exportan en un teléfono inteligente con sistema Android. Dicha imagen se verá en un formato plano, es por esta razón que se emplea Aplicaciones de visión 360 que se pueden descargar desde Play Store.

Algo que se debe tomar en cuenta al momento de observar las imágenes dentro de las gafas de realidad virtual, es que para tener una mejor experiencia en el teléfono debe tener “giroscopio”, que es una funcionalidad que permite el movimiento de las imágenes a medida que el usuario mueve el teléfono, muy exclusiva de los teléfonos inteligentes de gama alta con versión de Android Marhsmello, Oreo o versiones superiores a 5.0 mientras que en IOS, Iphone desde sus versiones 5.0 a superiores.

Las matemáticas, física y cálculo son sin duda las materias más difíciles de entender por parte de los estudiantes ecuatorianos, es por ello que dentro de los porcentajes de resultados de las últimas encuestas realizadas por el Programa para la Evaluación Internacional de Alumnos (PISA), Ecuador obtuvo un resultado de nivel 2 en cuanto a la evaluación, lo que sin duda deja pensar que reprobó en ciencias exactas. La prueba se realizó a un total de 6100 estudiantes de instituciones aleatorias del país en donde alcanzaron un puntaje de 377 de 1000 puntos, equivalentes al 29% del total de puntaje; es decir Ecuador no alcanza el nivel básico en cuanto a conocimiento en matemáticas, dando a entender que estos resultados son muy preocupantes (Rodriguez, 2018). En este contexto habría que cambiar esa metodología, buscar una nueva manera en como incentivar el aprendizaje de los alumnos en estas materias. En vista a ello se vio la necesidad de la implementación del proyecto en donde se aplique una ayuda a mejorar esta enseñanza.

Informe de los resultados de PISA en cuanto a las calificaciones obtenidas en cada materia.

Fuente Extraida de: PISA.2018. http://www.evaluacion.gob.ec/evaluaciones/pisa/

En cuento a la extracción de los datos del proyecto se verificó los porcentajes obtenidos en la encuesta realizada con el fin de poder llegar a una conclusión de cómo se trabajaría la tecnología y la manera en cómo se podría dar solución a la problemática de falta de comprensión en los temas de física fundamental, logrando dar solución al objetivo propuesto.

Los resultados que se obtuvieron en la encuesta aplicada a una muestra de 51 estudiantes de la carrera de Ingeniería en Tecnologías de Información de la ESPE sede Santo Domingo, fueron muy satisfactorios ya que ayudó a determinar el porcentaje de aceptación del proyecto en beneficio al ámbito educativo de la universidad.

Gráfico 3. Porcentaje de personas que tienen conocimientos sobre la realidad virtual.

Del total de la muestra tomada, el 72,5% respondieron que tienen poco conocimiento sobre la realidad virtual, el 15,7% afirma que tienen un amplio conocimiento sobre el tema, mientras que el 11,6% restantes tienen un conocimiento nulo acerca de la implementación de esta tecnología. Con estos resultados se demuestra que la comunidad universitaria sabe muy poco acerca de la tecnología, lo cual es muy considerable ya que vivimos en un entorno donde la falta de conocimiento tecnológico hace que nuestra educación sea obsoleta. Al conocer que de los estudiantes no están adaptados al entorno 3D el solo hecho de implementar la idea llamo mucho la atención de los encuestados ya que la realidad virtual como material didáctico, sin duda revolucionaria la manera de enseñar una clase que requiere más concentración como es el caso de la física fundamental.

El 52,9% afirmó que rara vez han usado las gafas de realidad virtual, en cambio el 33,3% aseguraron que nunca utilizado esta tecnología y el 13,7% restante casi siempre han utilizado las gafas; también se tomó en cuenta el 0% que corresponde a la opción de siempre, dando a conocer que esta herramienta aun no es muy empleada en la vida cotidiana de las personas.

Gráfico 5. Porcentaje de personas que consideran muy bueno el uso de Realidad Virtual.

En el grafico 5 se dio a conocer que el 66,7% de los estudiantes encuestados opinan que es muy bueno el uso de la realidad virtual en las clases y el 33,3% consideraron que es normal, dicho de otra forma, la utilización de la realidad virtual es una novedad que agradaría al estudiante en su desarrollo integral de aprendizaje.

Gráfico 6. Porcentaje de personas que desean que se implemente el proyecto en la Universidad.

En el grafico 6 se reflejó que el 98% de los 51 estudiantes encuestados están de acuerdo que se implemente la realidad virtual en las aulas de clase de la Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE sede Santo Domingo y el 2% faltante está en contra.

En cuanto a la realización de imagen de prueba se realizó una imagen utilizando el software Unreal en donde dio como resultado una imagen 3D, pero al exportarla dentro del dispositivo móvil se borró el formato y quedo en 2D (plana) lo cual mediante una aplicación de visualización en 3D se pudo observarla. Esta imagen fue presentada en la comunidad universitaria demostrando una buena aceptación de parte de los alumnos.

Esta imagen representaba una foto replicada del primer Congreso Santo Domingo en donde al mostrarla se podía visualizar en 360 con sus respectivas características, pero carecía de los entornos didácticos como medidas y cálculos, pero sin duda fue una revolución para la comunidad universitaria ya que observaron algo muy novedoso.

Gráfico 7. Imagen de prueba exportada en 2D previa a la visualización en las gafas.

Por medio de los resultados que se obtuvieron en las encuestas, se dedujo que las tecnologías de realidad virtual, no son muy usadas por las personas, pero sin embargo saben o entiende lo que es la realidad virtual. Según los datos arrojados, el 98% estaba de acuerdo en usar esta tecnología en las aulas de clase. El uso de tecnologías novedosas, es lo que realmente va a incentivar a los estudiantes a que mejoren su aprendizaje, siendo estas el complemento ideal en la búsqueda del mejoramiento de la enseñanza en la actualidad. Con ello se cumplió con el objetivo propuesto de buscar una nueva manera de enseñanza que complemente las clases dentro de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE sede Santo Domingo de los Colorados.

Educación3.0. (25 de 10 de 2016). Educación 3.0. Recuperado el 25 de 06 de 2019, de https://www.educaciontrespuntocero.com/novedades2/la-realidad-virtual-llegaal-mundo-educativo-samsung/40229.html

Escartín, E. (2000). La realidad virtual, una tecnología educativa a nuestro alcance. Pixel-

https://www.xatakamovil.com/aplicaciones/asi-es-google-expeditions-larealidad-virtual-para-ir-de-excursion-sin-salir-de-clase

Gasca, G., Peña, A., Gomez, M., Óscar, P., & Jose, C. (2015). Realidad virtual como buena práctica para trabajo en equipo con estudiantes de ingeniería. RISTI - Revista Ibérica de Sistemas y Tecnologías de la Información (16), 76-91.

IGN. (14 de Octubre de 2016). IGN. Obtenido de https://es.ign.com/realidadvirtual/109691/feature/un-repaso-a-la-historia-de-la-realidad-virtual

Pérez, F. (2011). Presente y Futuro de la Tecnología de la Realidad Virtual. Creatividad y Sociedad.

https://www.expreso.ec/actualidad/ecuador-evaluacion-pisa-desarrollomatematicas-CC2523523

0 Estudiante de Tercer semestre de Ingeniería en Tecnologías de la Información, ponente en la Primera Red de Investigación de Santo Domingo de los Colorados, ganador de 2^do lugar en proyecto innovación en la Universidad ESPE-SD, becario por la carrera de Tecnología de la Información.

0 Estudiantes del Tercer semestre de Ingeniería en Tecnologías de la Información, ganadora de 2^do lugar en proyecto innovador de la feria de ciencias de la Universidad ESPE-SD.

0 Estudiantes del Segundo semestre de Ingeniería en Tecnologías de la Información, ganador de 2^do lugar en proyecto innovador de la feria de ciencias de la Universidad ESPE-SD.

0 Ingeniero en Computación y Ciencias de la Informática, Magister en Docencia Universitaria e Investigación Educativa, Docente del área de Ciencias Humanas de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Sede Santo Domingo.

jjvillares@espe.edu.ec

jasanchez32@espe.edu.ec

jaruiz17@espe.edu.ec