Taller Internacional de Software Educativo

TISE97

Trabajo :

Tutorial de Cinemática


Autores :

Goar Jacinto Díaz Acosta, Fernando Peón Sánchez, André Luís Lapolli
FAX: 55 11 6941 3499 extensión: 285
e-mail: goar@aesp.unicid.br

Resumen

El sistema que se presenta; Tutorial de Cinemática; surgió debido al intercambio académico internacional entre el Instituto Superior Politécnico "José Antonio Echevaría" (ISPJAE), de la Ciudad de La Habana, Cuba y la Universidade Cidade de São Paulo (UNICID), de la ciudad de São Paulo, Brasil y como respuesta a un conjunto de situaciones problémicas detectadas en los alumnos de algunos paises del MercoSur y Cuba a través de investigaciones efectuadas por docentes de las dos instituciones.

El trabajo está constituido por un documento escrito y por un software, ( que se presenta en otra comisión como producto de software ). En el documento se explican las situaciones problémicas que lo originaron, los problemas científicos que se detectaron a partir de ellas, los objetivos propuetos, la hipótesis de trabajo, las características técnicas y pedagógicas del software, los métodos de trabajo científico empleados y las fuentes teóricas en que se basó la labor realizada; además de una amplia bibliografía muy actualizada; lo que permite una visión integral e internacional del estado del arte que nos ocupa.

El software, uno de los más voluminosos de este tipo entre los que existen a disposición del público, ( 310 Mb ), está elaborado con una novedosa metodología pedagógica creada por los investigadores y con la más actual técnica informática educacional de que se dispone masivamente. Desde la primera, hasta la última pantalla que se le presenta al alumno, y el sistema tiene más de 800 pantallas diferentes, ( 400 en Portugués y 400 en Castellano ), no es posible encontrar una sola en la que no esté aplicado el concepto de Multimedia en varias de sus manifestacines. Sonidos, animaciones, gráficos, vídeos, hipertextos e hiperenlaces, son sus características fundamentales, conjuntamente con un diseño pedagógico de interactividad continua alumno-máquina, con el que se puede asegurar que en más del 98% de sus pantallas, el alumno tiene que hacer "algo", además de leer.

El software está diseñado para trabajar en una computadora personal o para ser colocado en una red local y con algunas pequeñas modificaciones, en las que ya se está trabajando, puede ser lanzado por Internet para todo el planeta, lo que lo clasifica dentro de la más moderna técnica de la Educación a Distancia.

Los autores esperan que el intercambio de opiniones con los especialiestas que participen en el taller, permita mejorar el trabajo realizado.

1.- Introducción:

El perfeccionamiento de la enseñanza es un proceso continuo que generación tras generación se viene desarrollando. Este proceso se caracteriza, entre otras cosas, en ir incorporando los nuevos descubrimientos científicos que el hombre va introduciendo en la vida cotidiana. Es por eso que en este trabajo investigativo aparece, como eje central del mismo, la informática. Una de las más nuevas ciencias de la humanidad y por ende, una de las últimas que se han incorporado al proceso de enseñanza-aprendisaje.

La investigación realizada y el posterior trabajo que se desarrolló a partir de los resultados obtenidos, fueron iniciados por la preocupación surgida en el Centro de Ciencia y Tecnología de la Universidade da Ciudade de São Paulo ( UNICID ), con respecto al aprovechamiento de los alumnos que tenían que cursar la disciplina Física dentro de su currículum.

En el presente documento se exponen los pasos seguidos y los resultados obtenidos, que permitieron llevar a feliz término dicho trabajo investigativo, haciendo sólo incapié en lo referente a la Cinemática, que es la parte de la Física que está vinculada al software "Tutorial de Cinemática" y que se presenta en otra comisión, como producto de software.

Desde hace varios cursos, los profesores y la jefatura del Departamento de Física, del Centro de Ciencia y Tecnología de UNICID, estaban preocupado por el hecho de que los alumnos que tenían que cursar la disciplina Física, presentaban problemas de base al iniciar dichos estudios y no tenían una herramienta pedagógica adecuada que permitiera a dichos alumnos, en sus respectivos tiempos de autopreparación, corregir dichas insuficiencias según sus capaciadades.

Para detectar los problemas fundamentales que afectaban a los estudiantes, se llevó a cabo una investigación a través de:

Estos trabajos investigativos se llevaron a cabo tanto en la propia UNICID, como en otros centros de enseñanza del MercoSur y Cuba a los cuales los profesores de dicho departamento han tenido acceso. Como resultado de este trabajo se detectaron las siguientes "Situaciones Problémicas"

2.- ¿Qué surgió de la investigación?

  • Que los alumnos, ( tanto los universitarios como los de 2do grado ), tienen deficiencias cuando abordan los nuevos conceptos físicos relacionados con la Cinemática o cuando profundizan en estos conceptos que deben dominar.
  • Este conjunto de situaciones detectadas motivó a la Dirección de UNICID, a través del del Centro de Ciencia y Tecnología, a abordar esta problemática, para además de ayudar a resolverla en el ámbito nacional y extranjero, estimular a través de la divulgación del trabajo a otros centros universitarios con posibilidades de realizar trabajos semejantes, a que enfrenten la situación antes mencionadas.

    3.- ¿Por qué?

    Hay investigaciónes que se caracterizan por detectar Situaciones Problémicas, esta clasifica en ese grupo como se desprende de la lectura del epígrafe anterior.

    Otra se caracterizan por precisar El Problema Científico, o sea, por esclarecer las causas o algunas de las causas que provocan las situaciones problémicas, respondiendo a la pregunta: ¿Por qué se presentó esa situación?. Esta también clasifica en este grupo, y a continuación se dan las respuestas obtenidas durante el trabajo.

    1.- Los alumnos tienen deficiencias, tanto los universitarios como los de 2do grado, cuando abordan los nuevos conceptos físicos relacionados con la Cinemática o cuando profundizan en estos conceptos que ya deben de dominar, debido a múltiples causas. De ellas las que interesan mencionar en este trabajo son:

    2.- Los alumnos que necesitan hacer una consulta para aclarar dudas en los conceptos fundamentales de la Cinemática, tanto lo universitarios como los de de 2do grado, no saben a donde dirigirse, porque las herramientas de consulta que existen ( texto, documento electrónico, catálogo, software, etc,) tanto en el mercado como en bibliotecas, tienen toda la materia mesclada y con abundante palabrería ( necesarias para esos tipos de documentos ) que no facilitan una consulta rápida y precisa.

    3.- Los alumnos de 2do grado que inician el estudio de la Física no se sienten motivados por abordar la nueva disciplina porque desconocen los aspectos científicos y técnicos relacionados con la vida cotidiana, que esta disciplina aborda, debido a la presentación escasa y poco amena en que estos se muestran en las herramientas de consulta que existen ( texto, documento electrónico, catálogo, software, etc,) tanto en el mercado como en bibliotecas.

    4.- Los alumnos de países cuya lengua materna es el castellano, presentan problemas similares a los mencionados anteriormente por las mismas causas expuestas en los puntos anteriores.

    5.- Existen muy pocos software abordando esta temática porque:

    6.- Los software conocidos no satisfacen las espectativas de profesores y alumnos debido a:

    7.- Los alumnos están muy motivados en el uso del computador en cuanto a entretenimientos, simuladores, etc, etc; y poco motivados en el uso de este como medio de enseñanza porque:

    Como se puede comprobar a partir del análisis de los aspectos antes mencionados, se obtuvieron respuestas valiosas. El colectivo de investigadores está seguro que no son exhaustivas, de que un trabajo siempre puede mejorarse y de que otros profesores que continuen trabajando en esta linea obtendrán más "Situaciones Problémicas" y más y mejores causas que las originan, pero las mostradas hasta aquí sirvieron de base para proponer los objetivos de trabajo que se muestran en el siguiente epígrafe.

    4.- ¿Qué se intentó hacer?

    Según la "Metodología de Investigación" seguida, una vez detectadas las Situaciones Problémicas y precisados los Problemas; el paso a seguir consiste en establecer los Objetivos del Trabajo, o sea, proponer un conjunto de medidas que de realizarse correctamente, deben de resolver, o al menos mejorar, las Situaciones Problemicas detectadas.

    Este conjunto de medidas se expresa y comenta a continuación.

    1.- Desarrollar un software que contenga los conceptos básicos de Matemática y Física y los conceptos fundamentales de la Cinemática, que le permitan al alumno de forma rápida, sencilla y amena, acceder a ellos.

    2.- Que el software que se desarrolle sirva tanto para adquirir un nuevo conocimiento, como para repasar un concepto ya estudiado y que además tenga la cualidad, de que motive el estudio de la Física en los alumnos que se enfrentan por primera vez a la disciplina, mediante la presentanción amena de aplicaciones físicas a la ciencia y la técnica, que se relacionan con la vida cotidiana de los ellos.

    3.- Que el software pueda ser utilizado por alumnos de habla castellana y portuguesa.

    4.- Que el sistema desarrollado ayude a disminuir la escasez de sistemas de este tipo que existen en el mercado y bibliotecas, no sólo por la simple existencia de él, sino porque además estimule a otras universidades a abordar tareas similares.

    5.- Que el producto informático que se optenga, le de la posibilidad a los alumnos de tener una gran interactividad con el computador y que el Modelo del Alumno que se emplee, tenga en cuenta:

    6.- Que el software desarrolado sirva para motivar a los alumnos en el uso de la informática y el computador como medio de enseñanza, y no como medio de entretenimiento.

    Es importante aclarar, que no estuvo nunca entre los objetivos propuestos por el colectivo de investigadores, el que el sistema propuesto sirviera para que los alumnos adquieran habilidades y destrezas en la aplicación de los conocimientos. Este objetivo se alcanzará con otro sistema que está en su etapa de diseño.

    5.-Hipótesis de Trabajo.

    Después de analizar las Situaciones Problémicas detectadas, los Problemas Científicos establecidos, los Objetivos propuestos y los recursos materiales que se poseían; los investigadores científicos-pedagógicos se aventuraron a establecer la siguiente Hipótesis de Trabajo:

    "Es posible diseñar, programar y poner a punto un software en la esfera educacional que permita; en el campo de la Cinemática; estimular el estudio de la misma, esclarecer los conceptos fundamentales, realizar una búsqueda rápida y efectiva de los conceptos que el alumno necesita aclarar y que satisfaga las espectativas pedagógicas de alumnos y profesores dentro de un marco científico adecuado. Utilizando para ello, los recursos informáticos y de multimedia que se poseen."

    Como consecuencia de los análisis teóricos realizados, se abordó el trabajo, y en los próximos epígrafes se informa sobre las características técnicas y pedagógicas del producto logrado.

    6.-Característica Técnicas.

    Cuando se describen las características técnicas de un trabajo de este tipo, para lograr una buena información en el lector es preciso dar dos tipos de informaciones: las referentes a la producción del software y las que se necesitan para su explotación por un usuario común y corriente.

    Debido a esto, este epígrafe posee dos subepígrafes. El primero dirigido a especialistas en la rama de la informática y el segundo, orientado hacia los alumnos y profesores que utilizarán el sistema.

    Recursos para la producción:

    Para la elaboración del producto se utilizaron:

    Recursos para la explotación: ( necesidades del usuario )

    Para utilizar el producto obtenido el usuario necesita recursos informáticos que son de fácil adquisición en el mercado. Estos son:

    Como se puede comprobar de lo expuesto anteriormente, aunque los recursos técnicos de producción no son de uso común, los requerimentos para el usuario explotar el producto son los "standares" del mercado.

    7.-Característica Pedagógicas.

    Teoricamente, el producto desarrollao está basado en cuatro modelos pedagógicos-informáticos ya conocidos y que son: el Modelo del Alumno, el Modelo del Experto, el Modelo del Tutor y el Modelo del Comunicador.

    Sin embargo, a pesar de la estrecha relación que existe entre estos modelos, nunca se habían tratado con caracter sistémico. Para lograr esto se realizó un estudio cuidadoso de cada uno de los modelos establecidos y se decidió que de estos, el Modelo del Alumno era el fundamental, por ser él, con sus características, el que influye y determina en la mayoría de las características de los otros tres modelos utilizados.

    La estructuración dada al sistema fue la siguiente:

     

    El Modelo del Alumno que se utilizó fue desarrollado por uno de los investigadores-productores del software y contituye su Tesis de Doctorado. Se imparte teóricamente en la Maestría en Informática Educativa que se oferta en el CREPIAI ( Centro Regional para el Entrenamiento de Profesores de Ingeniería y Arquitectura en el uso de la Informática ) fundado por la UNESCO y radicado en Ciudad de La Habana, Cuba y es la base sobre la que se estructuran todos los software educacionales relacionados con el temas y que se obtienen como resultado de las Tesis de Maestrías que se elaboran en la institución antes mencionada. Este modelo tiene presente en su diseño las siguientes características:

    Si un especialista desea construir un Modelo de Alumno con características similares al empleado en este sistema, debe de responderse las siguientes preguntas: ¿ para qué y para quién se diseñará el sistema ?, y sobre la base de las respuestas que obtenga, empezar a trabajar.

    El Modelo del Experto que se utilizó, fue establecido en base al Modelo del Alumno diseñado ( fundamentalmente atendiendo a los puntos 1. y 2. ), y a los conocimientos físicos y matemáticos de los diseñadores y avalado por una amplia bibliografía científica que corresponde a la materia a enseñar y que se muestra al final de este informe. Para construir este Modelo el especialista se debe responder la pregunta: ¿ qué se va a enseñar ?

    El Modelo del Tutor desarrollado para aplicar en este sistema está fundamentado en el Modelo del Alumno ( fundamentalmente atendiendo a los puntos 7. y 8. ); en el Modelo del Experto que indica que se debe enseñar y en la experiencia pedagógica de los autores, los cuales poseen treinta y dos, venticinco y quince años de trabajo docente respectivamente. Para construir este Modelo, el especialista tiene que responderse la pregunta: ¿ Como se va a enseñar ?

    El Modelo del Comunicador, o sea, todo lo referente a información gráfica, colores, diseño, etc,etc, está fundamentado en el Modelo del Alumno (fundamentalmente atendiendo a los puntos 3., 4., 5., y 6. ), en los modelos el Experto y del Tutor y en la experiencia informática-pedagógica de los diseñadores. Para construir este Modelo el especialista está obligado a responderse la pregunta: ¿ Con qué va a enseñar y cómo va a mostrar y recibir información del alumno?

    Todo el trabajo de mesa, o sea, el trabajo de diseño científico-artístico y del guión interactivo, se efectuó en dos estapas. En la primera etapa se desarrolló un diseño general que se fué introduciendo en el computador; y en la segunda etapa, ( que se fué desarrollando paralelamente a la primera, pero desplazada un poco en el tiempo ), se le pidió a alumnos y profesores que manipularan las partes del sistema ya elaboradas y sobre la base de sus opiniones y sugerencias, se hacían correcciones al producto.

    En linea general, se obtuvo un producto de fácil manipulación, que brinda los conceptos fundamentales de la Cinemática para que un alumno aprenda, o repase, conocimientos adquiridos, que es agradable a la vista, que lo retroalimenta continua e inmediatamente, que le permite al estudiante avanzar a la rapidez que el necesite, que vincula los conocimientos físicos a la ciencia y la técnica y que utilizando técnicas de hipertexto y multimedios en general, permite una gran interacción entre el usuario y la máquina.

    8.-Métodos de Trabajo Científico utilizados.

    En linea general los métodos de trabajo científico se pueden clasificar a través de múltiples criterios. Para exponer los utilizados en este trabajo se usará la clasificación " según su origen", pues permite mencionarlos sin exceso de palabras que agobien al lector.

    Según este criterio, los métodos de trabajo científico se pueden clasificar en cinco grandes grupos que son:

    8.1.- Métodos generales son los que han surgido como resultado de la generalización de la práctica social. De estos fueron utilizados:

    8.2.- Métodos lógicos son los que se originan a partir de los procesos lógicos del cerebro humano. De estos fueron utilizados:

    8.3.- Métodos empíricos son los que se obtienen a partir de la relación directa entre el investigador y las fuentes primarias de la información. De estos fueron utilizados:

    8.4.- Métodos matemáticos son los que han surgido, teniendo como base directa a la Matemática. De estos fueron utilizados:

    8.5.- Métodos propios de la informática-pedagógica. De estos fueron utilizados:

    Aunque por las características de este informe sólo se han mencionado los métodos utilizados, ( y no se ha profundizado en ellos ), se puede apreciar que el trabajo científico fue lo suficientemente amplio para asegurar la calidad teórica del sistema obtenido.

    9.-Fuentes teórica del trabajo.

    El trabajo de diseño y programación se basó en las siguiente fuentes teóricas:

    Estas fuentes teóricas se ven reflejadas ampliamente a todo lo largo del trabajo y constituyen su fundamento metodológico.

    10.-Conclusiones.

    El trabajo presentado es la materialización de la aplicación de un conjunto de métodos de trabajo, basados en un conjunto de fuentes teóricas, que permitieron obtener un Sistema Informático, (el Tutorial de Cinemática), que aborda las situaciones problémicas detectadas por los investigadores en el campo de la enseñanza de la Cinemática.

    Con este trabajo se logró un sistema para la instrucción asistida por ordenadores que :

    Con el cumplimiento de estos objetivos, se satisface la hipótesis científica que se estableció y que consistía en: "Es posible diseñar, programar y poner a punto un software en la esfera educacional que permita; en el campo de la Cinemática; estimular el estudio de la misma, esclarecer los conceptos fundamentales, realizar una búsqueda rápida y efectiva de los conceptos que el alumno necesita aclarar y que satisfaga las espectativas pedagógicas de alumnos y profesores dentro de un marco científico adecuado. Utilizando para ello, los recursos informáticos y de multimedia que se poseen."

    Los autores del trabajo están consientes que todo producto informático, en su primera versión, tiene deficiencias e insuficiencias que son poco a poco señaladas por los usuarios y tenidas en cuenta a la hora de publicar versiones subsiguientes. Por lo tanto, se espera que estas opiniones ayuden a mejorar el sistema. De hecho, ya se ha recibido una que se plantea en este informe a manera de recomendación y que consiste en que se haga una versión en lengua inglesa. Sobre esta recomendación ya se está trabajando.

    11.-Bibliografía.

    La bibliografía utilizada se presenta agrupada por temáticas para una mejor orientación de los especialistas y personas interesadas en el tema. Dentro de cada grupo, se ha establecido un orden cronológico descendente.

    Para la realización de este trabajo se utilizaron los siguientes documentos y textos del campo de la:

    11.1.- Física-Matemática

    1995 Física 1 - Mecânica, 4a edição, Grupo de Reelaboração do Ensino de Física, Editora USP., São Paulo
    1994 Física vol.1 - Mecânica, Djalma Nunes Paraná, Editora Ártica, São Paulo.
    1983 Prontuário de Física. De, Yavorski. Editorial Mir. Moscú

    11.2.- Informática Educacional.

    1997 Interactive Multimedia Lessons for Education. De, Magdy F. Iskander, J. Corey Catten, Antony Jones, Rex Jameson, and Albert Balcells. CAEME Center. College of Engineering. University of Utah. Salt Lake City, Utah 84112 ( tomado de Internet )
    1997 Development of Multi-Media Course. Modules for Engineering Education at Tuskegee University. De, Russel E. Hodges and Jaya Krishnagopalan. School of Engineering &Architecture. Tuskegee University. Tuskegee, AL 36088 ( tomado de Internet )
    1997 Intelligent Multimedia Tutoring for Manufacturing Education. De, E. Rogers, Y. Kennedy, T. Walton, P. Nelms, I. Sherry . Dept. of Computer &Information Science. Clark Atlanta University. Atlanta, GA 30314 ( tomado de Internet )
    1997 Multimedia in Manufacturing Education.MiME. De, Chris Thompson, Laurie Hodges, Wayne Daley, Erika Rogers. Georgia Tech Research Institute. MARC Bldg. Rm.341. Atlanta, GA 303320-0823 ( tomado de Internet )
    1997 Effective Video Capture Techniques for Educational Multimedia. De,

    Leslie A. Jensen-Link, Chris Thompson. Multimedia in Manufacturing Education Project. Georgia Tech Research Institute. Georgia Institute of Technology ( tomado de Internet )

    1997 Professor Silicon and Professor Maestro-The Perfect Combination. De, Billy L. Crynes, Dean. College of Engineering University of Oklahoma. John A. Hawley, III Director Engineering Computing Network. University of Oklahoma ( tomado de Internet )
    1971 Máquinas de Enseñar y Enseñanza Programada. De, Fry Edward. Editorial Pueblo y Educación. La Habana. Cuba

    11.3.- Pedagogía General.

    1995 Fundamentos Teóricos de la Dirección del Proceso Docente Educativo en la Educación Superior Cubana. De, Àlvarez Carlos. Editora el Ministerio de Educación Superior de Cuba.
    1993 Fundamentos da didática. De SCHMITZ, Egídio Francisco. 7.ed. São Leopoldo, RS: Unisinos,. 175p
    1993 História das idéias pedagógicas . De GADOTTI, Moacir.. São Paulo: Ática, 319p. (Série Educação)

    11.4.- Informática Técnica.

    1996 ToolBook II. Instructor : A guide to Creating Interactive Courses. De Asymetrix Corporation
    1996 3DF/X. User Manual. De Asymetrix Corporation
    1996 Compel. User Manual. De Asymetrix Corporation
    1996 Mediablitz!. User Manual. De Asymetrix Corporation
    1996 Media Utilities. User Manual ( BitEdit, PalEdit, WaveEdit ). De Asymetrix Corporation
    1994 Microsoft Windows. Guia do Usuário. De Microsoft Corporation