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El uso de multimedia para la enseñanza de Dibujo Geométrico

El uso de multimedia para la enseñanza de dibujo geométrico - artículo

Resumen

El dibujo geométrico hace parte habitualmente, del contenido del curso de ‘Dibujo Técnico’, que se da a los estudiantes del segundo grado técnico y alumnos de algunos cursos de exactas en el tercer grado. Su objetivo es el estudio de las figuras geométricas planas, que puedan ser dibujadas con la ayuda de regla y compás , y sólidos cuyas caras forman estas figuras. La estrategia para su enseñanza es por lo general la práctica de los procedimientos clásicos para la resolución de problemas concretos.

No es necesario algún prerequisito, los datos con los que se trabaja son verdaderas proposiciones dentro de un sistema lógico y su legado es el razonamiento y la visualización espacial. Aún así, esta es una de las disciplinas que más reprueban en el primer año del segundo grado técnico. El propósito de este artículo es discutir el CD-ROM interactivo utilizando tecnología multimedia para la enseñanza del dibujo geométrico – “El dibujo geométrico en Multimedia” (disponible para descarga gratuita en: Portal Prof. Eduardo J. Stefanelli www.stefanelli.eng.br).

Introducción

Las telecomunicaciones y la informática alteran drásticamente las expectativas de los jóvenes que ingresan a secundaria, porque están acostumbrados a obtener informaciones por el mundo, siguiendo su curiosidad y sólo con el esfuerzo de un toque de un dedo (ya sea en el teclado, mouse o por control remoto), sufren un shock cuando llegan a la escuela. En ella están las mismas condiciones educativas utilizadas desde principios del siglo pasado: una enseñanza centrada en el profesor, que era respetado por ser el titular de la totalidad del conocimiento, cuyas principales herramientas de trabajo eran la voz y la pizarra. La escuela era el único lugar que permitía al alumno conocer algo más allá de lo que veía u oía en su día a día. El conocimiento de la literatura, las ciencias, la historia y la geografía era su monopolio y la única posibilidad de ascenso social pasaba por sus pupitres. Hoy la escuela ha cambiado, es vista como un castigo para estos jóvenes, frustrando sus expectativas, diferentes del mundo de los descubrimientos y logros que deberían ser.

Añadiéndole a esto el cambio radical en la forma como la tecnología es generada y distribuida. Se estima que en el cambio de siglo, los países del primer mundo, la mayor parte de la población estará alguna manera trabajando con informaciones. Es innegable que el número de científicos que están trabajando y produciendo no encuentra paralelo en la historia humana, y como resultado estamos viviendo en lo que los analistas han convenido llamar “la era de la información” (LINDSTROM R., 1996): donde la cantidad de conocimiento se duplica forma prodigiosa, trayendo como resultado el rápido envejecimiento de este conocimiento y consecuentemente, la necesidad cada vez más frecuente de actualización tecnológica de los profesionales y profesores.

El propósito de este artículo es discutir la viabilidad de un programa de computador capaz de enseñar dibujo geométrico, que seava la vez motivador y auto didacta; que le permite al estudiante interactuar con él despertando su curiosidad y aprender a su propio ritmo; que tenga herramientas que permitan la evaluación de los alumnos, que sea rico en estímulos y que haga hincapié en el aprendizaje.

Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, un grupo de investigadores del Centro de Investigación de Nuevas Tecnologías de Comunicación Aplicado a la Comunicación USP Escuela del Futuro, coordinado por el Prof. Alexander Joseph Romiszowski y patrocinado por el CNPq, comenzó la búsqueda de un medio de enseñanza autodidacta, motivador y que permita a su usuario actualizarse a cualquier momento y en cualquier lugar. Existía la preocupación de que este medio fuese rico en retos y motivaciones, que al mismo tiempo le quitara al profesor la responsabilidad de enseñar y le permitiese una posición, en nuestra opinión, más noble: la de orientador. Como resultado de este estudio se concluye que el computador sería la herramienta ideal para este propósito, ya que permite que el archivo de los datos a través de múltiples recursos de comunicación – sonido, imágenes fijas y en movimiento, texto, hipertexto – y permite la recuperación de dicha información de forma multisensorial e integrada. Otra de las ventajas del computador sobre los otros medios investigados, es la “paciencia” para aceptar la repetición del ejercicio o explicación hasta que el estudiante se apropie del contenido tratado. Es más, con su abaratamiento, la mayoría de las escuelas secundarias están recibiendo estos equipos.

Multimedia

El término “multimedia” fue utilizado por primera vez para describir la transmisión de información utilizando múltiples medios de comunicación o múltiples sentidos. “En su sentido más amplio, el término ‘multimedia’ se refiere a la presentación o la recuperación de información que se realiza, con la ayuda de un computador, de manera multisensorial, integrada, intuitiva e interactiva.” (CHAVES E., 1991).

La presentación multisensorial significa que más de un sentido humano está involucrado en el proceso, hecho que puede requerir el uso de medios de comunicación que, hasta hace poco, rara vez se utilizaban de manera coordinada e integrada. Lo que se hacía hasta entonces, con el uso de recursos audiovisuales, era la presentación de la información de forma yuxtapuesta, ya que sólo dos sentidos estaban involucrados en el proceso, “dejando de lado la dimensión táctil de la multimedia, ya que con la ayuda del mouse, podemos casi como “tocar” el programa que estamos ejecutando “(CHAVES E., 1991). Esta propiedad sólo fue lograda gracias a la capacidad de los computadores modernas para almacenar, procesar y transmitir informaciones en forma de: sonido, imagen, texto, etc.

Sonido

En la naturaleza la mayor parte de los acontecimientos que presenciamos, está acompañado por un sonido; por esto debemos utilizarlo como un poderoso aliado para conseguir la atención del estudiante. “Con la capacidad de sonido digital, tenemos acceso no sólo al poder manifiesto de la narración, sino también a las influencias subliminales de los efectos de la música. “(LINDSTROM R., 1996).

Imágenes

El computador permite archivar imágenes fijas o en movimiento, tratándolas como cualquier otro tipo de dato, pero los computadores modernos permiten mostrar estas imágenes en la pantalla con una calidad admirable.

Una de las posibilidades más potentes de la multimedia en nuestra opinión,  es añadir imágenes en movimiento. Esta característica nos permite atraer la atención del estudiante hacia el lugar en la pantalla en el momento adecuado, enfatizar textos o eventos, o demostrar fenómenos a través de animaciones y simulaciones que de otro modo podría ser demasiado caro o peligroso.

Textos

“Las palabras escritas son descriptivas, detalladas y directas” (LINDSTROM R., 1996). Sin embargo, la pantalla del computador no es el lugar más adecuado para la lectura, debido a que la resolución de la pantalla es sin duda menor que la resolución de los medios de comunicación impresos. El uso de barras de desplazamiento son desagradables, convirtiendo el placer de la lectura de un sacrificio, la luz dirigida directamente a los ojos vuelve tediosa la lectura, si se compara con luz indirecta al leer en una página impresa. Sin embargo, fue necesario adaptar esta poderosa forma de transmisión de información al ambiente multimedia.

Hipertexto

El término “hipertexto” se utilizó por primera vez hace aproximadamente treinta años; en su artículo el investigador predecía que todos los documentos creados por el hombre estarían a través de enlaces (link), contenidos en un solo texto gigantesco. En la práctica, el hipertexto es un sistema de textos interconectados que permite al estudiante leer un tema de forma personalizada, siendo remitido a nuevos textos si hace clic sobre hotwords – objeto hecho por una o más palabras que pueden responder a un evento del mouse o del teclado – previamente marcadas en el texto. (Figura 1).

Figura 1 – Representación esquemática del hipertexto (Graphic representation of hypertext)

Hipermedia

La hipermedia es una extensión del concepto de hipertexto, porque además de la vinculación de los textos a través de hotwords, vincula también los nuevos medios de comunicación, tales como: imágenes, sonidos, películas, etc. (Figura 2).

Figura 2 – Representación esquemática de hipermedia (Graphic representation of hypermedia)

Interacción

La interacción es la razón de ser de la multimedia. Es la propiedad de una aplicación que “permite al usuario hacer preguntas o dirigir el flujo de ejecución del programa.” (BADGETT T., 1994). “El poder de la interactividad reside en la capacidad de todas las partes para expresar sus intereses y comunicar sus preocupaciones.” (LINDSTROM R., 1996).

El software “Dibujo Geométrico en Multimedia”

Aplicando estos conocimientos y como resultado de la investigación, nuestro grupo ha desarrollado el software “Dibujo geométrico en Multimedia”. Este se divide en tres aplicaciones: “Enciclopedia”, “Mesa de Dibujo Virtual” y “Juego”. Cada aplicación se accede a través de su icono respectivo de grupo de programas “Dibujo geométrico en Multimedia”, que se crea automáticamente en Windows en el momento de la instalación.

La “Enciclopedia”

La “Enciclopedia” contiene la teoría de la geometría, dividido en temas: punto, recta, plano, rectas paralelas, rectas secantes, rectas que se cruzan pero no se intersectan, circunferencia, polígonos, etc. La teoría se presenta en forma de animaciones bidimensionales y tridimensionales, hipertextos, dibujos y narraciones. En la “Enciclopedia”, el estudiante también tiene acceso a la “Mesa de Dibujo Virtual”. La navegación para esta aplicación se hace de una manera libre, no lineal, fomentando la curiosidad de los estudiantes y siguiendo la orientación del profesor.

En el módulo “Enciclopedia” los contenidos son explicados, los procedimientos clásicos son demostrados, se tiene acceso a los hipertextos, glosarios, ejemplos, ejercicios, comparaciones, etc.

Al abrir la “Enciclopedia” el estudiante encuentra la interfaz vista en la pantalla 1 – la llamada “pirámide de piedras”. En ella, el estudiante selecciona el tema de geometría en el que desea interactuar, tener acceso a la ayuda, y también al tutorial – que muestra como se debe usar el programa. Es es también por esta pantalla que se sale del programa.

Menu principal - Pirâmide - Tela inicial do módulo “Enciclopédia” - leva aos conteúdos do programa "O Desenho Geométrico em Multimídia"

Pantalla 1 – Inicio de la “Enciclopedia” (Opening Screen of the “Enciclopedia”)

Al hacer clic en los elementos presentados en las piedras de la pirámide, el estudiante entra en la pantalla principal – la pantalla que trata el respectivo tema. Para ayudar a los estudiantes en la navegación, los temas ya vistos cambian de color en la pirámide de piedras. Todas las pantallas de contenido tienen la misma interfaz de usuario. Por ejemplo, vea la siguiente pantalla que se ocupa del tema “Rectas paralelas” (Pantalla 2):

Pantalla 2 – Pantalla principal (The main screen)

La “Mesa de Dibujo Virtual”

La “Mesa de Dibujo Virtual” es el entorno gráfico que simula el uso de una mesa de dibujo real, es decir, los mismos procedimientos utilizados para realizar un dibujo con la ayuda de instrumentos – regla y compás – deberán repetirse en este entorno. Aquí es donde el alumno resuelve ejercicios de dibujo geométrico.

Como sucede cuando un estudiante usa una mesa de dibujo real, la “Mesa de Dibujo Virtual” contiene una area para dibujar y los instrumentos habituales de trabajo, es decir, lápiz, regla, goma de borrar y compás. Como en el dibujo geométrico no hay un uso fundamental de medidas, no existe una regla con escalas. (Pantalla 3).

Pantalla 3 – Mesa de Dibujo Virtual (The Virtual Drawing Board)

Dado que el propósito de este entorno gráfico es para simular el uso de una mesa de dibujo real, no existe una herramienta que construye automáticamente una figura geométrica o resuelva un problema. El estudiante debe resolver los ejercicios como los haría sin un computador. El programa sin embargo, tiene algunas facilidades que no se encuentran en una mesa de dibujo tradicional. El estudiante cuenta por ejemplo, con botones para guardar el contenido de su trabajo para abrir otros ya hechos previamente y para imprimir. Hay otras ventajas claras en la “Mesa de Dibujo Virtual”, tales como el uso de la goma de borrar: ésta no deja rastro.

La “Mesa de Dibujo Virtual” puede ser utilizada en tres módulos distintos. En el primer módulo, ella funciona como una mesa de dibujo real – un ambiente que simula el uso de la regla y el compás, donde su objetivo es la práctica de las soluciones. En la segunda, el módulo de “procedimiento”, actúa como un tutorial que muestra paso a paso los procedimientos clásicos para la resolución de problemas geométricos. Y en el tercero, el módulo de “ejercicio”, el estudiante resuelve un ejercicio y la “mesa de dibujo” evalúa si este está correcto. Esto pasa gracias a un algoritmo que aísla los objetos creados por el estudiante y compara sus atributos – ángulo y posición, por ejemplo – con los atributos esperados. Por ejemplo, para la determinación de una recta paralela a una recta dada por un punto dado, el programa identifica si fue creado un objeto “recta” que tiene los siguientes atributos: que este colocada ‘sobre’ el punto dado y, al mismo tiempo, tenga la misma pendiente que la recta dada. La “Mesa de Dibujo Virtual” también tiene un tutorial y ayuda on-line para facilitar la comprensión de su uso.

Durante el desarrollo de la “Mesa de Dibujo Virtual” precibimos un problema grave. Debido a las limitaciones técnicas de la resolución del monitor de vídeo, el usuario no podia crear una recta, u otro objeto, exactamente a partir de la intersección de dos líneas. La sucesión de errores generados por la mala colocación de los puntos durante la solución del ejercicio, condujo el programa a interpretar como equivocado un ejercicio técnicamente correcto. La solución implementada fue generar automáticamente un nuevo objeto – un punto – en la intersección de dos líneas, con la propiedad de atraer el cursor. Esta característica pasó a forzar el correcto posicionamiento de la “herramienta de dibujo virtual” en los puntos correctos. El objetivo de obtener la máxima precisión se logró ya que el programa mejoró su tasa de aciertos en el momento de la evaluación del ejercicio.

El “Juego”

En el “Juego” el estudiante sigue una navegación dirigida y lineal, cuya secuencia se da en función de los requisitos previos, es decir, el estudiante no puede entrar en el tema “Rectas Paralelas” sin haber dominado el contenido del tema “Rectas”.

El estudiante obtiene el derecho de avanzar a la siguiente tema contestando el acertijo de la Esfinge, que es una evaluación de los conceptos tratados en el tema actual. El uso del juego se justifica por su aspecto lúdico y motivador.

Su metáfora es el encarcelamiento del estudiante en una pirámide en Egipto, donde él pasará por varios recintos. Cada recinto contiene uno de los temas del Dibujo Geométrico. El estudiante estará libre al responder a las preguntas de la Esfinge o cuando solucione los ejercicios propuestos, revelando el acertijo de la pirámide.

Básicamente, el “juego” tiene la misma estructura que la “Enciclopedia”, las principales diferencias son: la imposibilidad de interacción libre con el programa, pues las hot-words sólo remitirán al estudiante a los temas conocidos y los temas no abordados son desactivados en la pirámide de piedras; y cuando el estudiante intente pasar al siguiente tema se activa la pantalla de evaluación: la pantalla de la Esfinge (Pantalla 4).

Pantalla 4 – La Esfinge y uno de sus acertijos (The Sphinx and one of its questions) – interactúe con las aristas de la pirámide

Conclusiones y Reflexiones Finales

Como comentamos anteriormente en este artículo, al comenzar la investigación, nuestra gran incertidumbre era si el computador podría ser utilizado como una herramienta para la enseñanza del Dibujo Geométrico, teniendo en cuenta la dificultad intrínseca en la evaluación de un ejercicio.

Empezamos a investigar las posibilidades de la informática y comenzamos a producir un entorno gráfico que resultó en la “Mesa de Dibujo Virtual”. Finalizada esta etapa, comenzamos a investigar la posibilidad de que este programa no sólo fuera un entorno de construcción de ejercicios, sino también fuera un tutor en la enseñanza de los procedimientos clásicos y que pudiera analizar si los ejercicios estarían correctos.

Paralelamente, se realizaron investigaciones en cómo utilizar el potencial del computador para enseñar los conceptos de Dibujo Geométrico. Una de las técnicas investigadas, lo que resultó muy exitosa, fue la del mapeo de informaciones, pues nos proveía de textos breves y claros. Otra técnica fue la animación en 2D que nos ha permitido demostrar los procedimientos clásicos para la resolución de problemas geométricos. Por otra parte, la técnica de animación en 3D permitió la visualización en el espacio, de ejemplos de asuntos tratados; la comparación a través de transformaciones de entidades geométricas en los objetos del día a día; aprender el uso adecuado de los materiales de dibujo en la obtención de las entidades geométricas; aclarar cualquier duda mediante la demostración de contra-ejemplos; cuidando siempre de que el estudiante esté dominando estos conceptos a través de ejercicios conceptuales y de procedimientos. Todo hecho con la máxima atención para dejar el trabajo atractivo.

En función de las limitaciones técnicas de la resolución de los monitores de vídeo, desarrollamos una manera de aumentar la precisión durante las soluciones de los ejercicios, ya que la sucesión de errores comprometía su calidad, lo que llevaba el programa a interpretar un ejercicio técnicamente correcto como incorrecto. Con este fin hemos desarrollado una rutina que atrae el cursor en las intersecciones de las rectas, lo que garantiza que el estudiante siempre haga clic en el punto apropiado.

Nuestro equipo no ahorró esfuerzos para implementar un programa hipermedia completo, tanto así que el contiene venticinco temas distribuidos en ciento setenta y cuatro páginas, cuenta con doscientos setenta animaciones en 3D, veintiséis procedimientos técnicos, treinta y un ejercicios, tutoriales, narraciones, glosario, hipertexto, ayuda, etc.

Las técnicas investigadas durante este período han resultado ser muy eficaces para la producción de programas educativos interactivos, como también para la preparación de clases magistrales, ya que añaden una nueva dimensión – fuera del plano del tablero de tiza convencional – a los temas abordados por los profesores en el salón, que sirven como una herramienta poderosa para estos profesionales.

Además de coordinador del grupo Prof. Alexander Joseph Romiszowski, el equipo fue formado por el programador Prof. Delmar Galisi Domingues, por el artista gráfico Mauricio Pirillo, también creador de animaciones 3D, por el Prof. Eduardo José Stefanelli, autor y responsable por el contenido de la obra, y el pasante Galdino Leandro de Almeida.

Eduardo Stefanelli

Engenheiro por profissão, professor por vocação