Análisis

La primera etapa tiene la finalidad de identificar las necesidades del objeto de aprendizaje y el público objetivo, para lo cual se ha utilizado la tabla 1 propuesta por ^{Maldonado et al. (2017)}. La información del tema, nivel, perfil y contexto se obtuvo de la ^{Secretaría de Educación Pública (7 de junio de 2022}).

Diseño

Esta fase de la metodología Dicrevoa 2.0 se divide en dos secciones: por un lado, se encuentra el diseño instruccional que aborda el aspecto educativo y, por otro, el multimedial, que contempla el aspecto tecnológico.

Diseño instruccional del objeto de aprendizaje

Esta sección aborda el tema educativo, es decir, los objetivos, los contenidos y las actividades que contendrá el recurso educativo. Para esta sección se han utilizado las tablas propuestas por ^{Maldonado et al. (2017)} para este propósito, siguiendo la metodología Dicrevoa 2.0.

El objetivo de este OA ha sido analizar los diferentes cuerpos y los conceptos involucrados en figuras de tres dimensiones que se estudian en educación básica. En tal sentido, se ha considerado que la taxonomía de la palabra analizar es discriminar, distinguir, seleccionar, integrar, estructurar y delinear (^{Bloom et al., 1956}). De esta forma, después de utilizar el OA, el estudiante podrá recordar el nombre de las distintas figuras, discriminar entre aristas y vértices e incorporar nuevos términos a su conocimiento. Para crear la estructura del objeto de aprendizaje se ha utilizado la plantilla propuesta por ^{Maldonado et al. (2017)}, la cual se muestra en la tabla 2.

El objetivo del objeto de aprendizaje es analizar los conceptos que involucran los cuerpos geométricos, por lo que los contenidos de este deben ser conceptuales. En tal sentido, se recomienda que tengan una estructura jerárquica (figura 2), la cual presenta la estructura jerárquica de los contenidos del objeto de aprendizaje. En esta se pueden observar las actividades de proyección y exploración.

Fuente: Elaboración propia con base en ^{Maldonado et al. (2017)}

Figura 2 Contenidos del objeto de aprendizaje 

Para el desarrollo de la estrategia didáctica se ha considerado el ciclo de ^{Kolb y Kolb (2023)}, quienes aseguran que un aprendizaje óptimo se alcanza a través de la implementación de las cuatro fases que resumen ^{Maldonado et al. (2017)} (figura 3).

Fuente: ^{Maldonado et al. (2017)}

Figura 3 Ciclo de Kolb 

De acuerdo con ^{Kolb y Kolb (2023)}, una experiencia de aprendizaje completa debe permitir al alumno reflexionar, teorizar y experimentar. Además, ^{Maldonado et al. (2017)} señalan que al utilizar esta estrategia se contemplan los cuatro tipos de estudiantes, es decir, activo, reflexivo, teórico y pragmático establecidos por ^{Alonso et al. (2007)}. Considerando lo anterior, se han definido las siguientes actividades de acuerdo con cada etapa:

A partir de lo anterior, se ha establecido la estrategia didáctica basada en las teorías pedagógicas de diferentes autores aplicadas al desarrollo de objetos de aprendizaje. Al final de esta fase se han implementado dos cuestionarios digitales de opción múltiple para la etapa de autoevaluación. El primero evalúa el desempeño del estudiante, es decir, si el objeto de aprendizaje refuerza el conocimiento de los alumnos acerca de los cuerpos geométricos y las partes que los componen. El segundo está diseñado para comprobar si el OA es funcional y práctico. Ambos se presentan en la fase de evaluación.

Diseño multimedial del objeto de aprendizaje

El diseño de los prototipos de interfaces se realizó con ayuda de ^{Figma (27 de diciembre de 2022)}, un editor de gráficos vectoriales que contiene plantillas para distintos propósitos, una de las cuales se utiliza en el desarrollo que se muestra en la figura 4. Se ha elegido un tema simple y sobrio con finalidad de dar al usuario el mensaje acerca de que las matemáticas son fáciles, pero formales.

Fuente: Elaboración propia a partir de la plantilla de ^{Figma (27 de diciembre de 2022)}

Figura 4 Diseño de interfaz general 

La aplicación contempla espacios para reordenar los elementos en dispositivos móviles, con pantallas pequeñas sin perder la estructura general del objeto de aprendizaje; el tamaño de la fuente y las imágenes también se adaptan a cada dispositivo. Este diseño responsivo permite a la página aumentar la audiencia al poder visualizarse en una computadora de escritorio, una tableta o un teléfono inteligente.

La tipografía y los colores del tema han sido tomados del diseño original de ^{Figma (27 de diciembre de 2022)}; sin embargo, se han modificado algunas características para lograr la adaptabilidad a los distintos dispositivos, incorporando las recomendaciones del framework de hojas de estilo en cascada (CSS, por sus siglas en inglés) Bootstrap (^{Bootstrap team, 13 de junio de 2022}).

Implementación

La tercera etapa de la metodología Dicrevoa 2.0 y de Cascada es la implementación del software. En esta, ^{Maldonado et al. (2017)} recomiendan utilizar herramientas de autor como eXeLearning, que permiten generar objetos de aprendizaje de forma rápida y sencilla; sin embargo, están limitadas a los diseños predeterminados que, aunque buenos, son insuficientes para este caso de estudio. Por eso, se ha optado por un desarrollo propio utilizando editores de código para la creación de aplicaciones web.

El OA ha sido programado en HTML, CSS y JavaScript haciendo uso de los frameworks Bootstrap de CSS para el diseño responsivo y Three.js de JavaScript en la creación de objetos tridimensionales. Three.js en la versión r148 implementa WebXRManager, una clase que representa una abstracción de WebXR Device API e internamente usa WebGLRendered para el renderizado de imágenes (^{Three.js, 27 de diciembre de 2022}).

Metadatos

Los objetos de aprendizaje consideran a los metadatos una parte esencial de su composición debido a que permiten clasificarlos y encontrarlos de manera eficiente. Actualmente, existen estándares para este propósito, como el Dublin Core Metadata Initiative (DCMI), Learning Object Metadata (LOM) y Metadata Learning Resource (MLR) (^{Maldonado et al., 2017}).

Dado que la principal función de los metadatos es la localización y descripción del recurso educativo, se ha optado por agregarlos en la fase de implantación (Cascada) o publicación (Dicrevoa 2.0) debido a que los repositorios de objetos de aprendizaje implementan diferentes campos de acuerdo con sus políticas. Además, la tabla 3 muestra la ficha de metadatos Dublin Core que será utilizada en la última etapa de desarrollo.

Pruebas/evaluación

La siguiente etapa del desarrollo del objeto de aprendizaje es probablemente la más divergente entre las metodologías seleccionadas, ya que Cascada considera esta fase para la revisión del proceso de implementación y la corrección de posibles errores. Por otro lado, Dicrevoa 2.0 consiste en la elaboración de instrumentos de medición de los conocimientos adquiridos por del estudiante y la eficiencia del OA. Dado que la fase de prueba es indispensable en cualquier implementación de software y su resultado es la versión de la aplicación que se presenta en la sección de resultados, en este apartado únicamente se aborda la evaluación.

Evaluación del estudiante

Consiste en un cuestionario de ocho preguntas de opción múltiple. En cada reactivo se muestra una imagen en tres dimensiones sin realidad aumentada, pero puede ser rotada con ayuda del puntero o los dedos. Posteriormente, se encuentra la pregunta y tres opciones de respuesta de las cuales solo una es correcta. La tabla 4 presenta la distribución del cuestionario.

Evaluación del objeto de aprendizaje

La evaluación está compuesta por diez preguntas que pueden ser contestadas en una escala del 1 al 5, donde uno es no cumplir con lo establecido y cinco equivale a satisfacer lo requerido. Los distintos reactivos representan las características que debe cubrir un objeto de aprendizaje de acuerdo con diferentes autores. La tabla 5 muestra el concepto evaluado y una breve descripción.

Publicación/implantación

Esta última etapa consiste, en ambos casos, en el despliegue del recurso educativo con la intención de presentarlo al público en general. Para tal propósito, se ha elegido el repositorio Merlot, un sistema que brinda acceso a materiales de apoyo y aprendizaje en línea (^{Merlot, 1 de diciembre de 2022}). Este repositorio de recursos educativos contiene sus propios campos que conforman los metadatos de cada OA, dentro de los cuales están:

Con esto, termina el proceso de desarrollo del objeto de aprendizaje. Hasta este punto se ha creado una aplicación web para el estudio de los cuerpos geométricos en tres dimensiones con la capacidad de ser proyectados en realidad aumentada.

Página principal

La figura 5 muestra la página de inicio del OA basada en el diseño presentado en el apartado de método. En la parte superior izquierda se encuentra el nombre del objeto de aprendizaje (geometría aumentada). Se ha seleccionado este nombre para hacer referencia al uso de realidad aumentada en la enseñanza de la geometría. A continuación, se presenta el menú que contine cuatro elementos: el inicio (página principal), el catálogo de figuras disponibles, los instrumentos de evaluación descritos en la sección anterior y la descripción del recurso educativo.

Fuente: Elaboración propia

Figura 5 Página principal del OA 

El elemento principal es un nudo toroide que, si bien no pertenece a los cuerpos geométricos que se estudian en educación básica, tiene el objetivo de atraer y generar interés en el estudiante. Para ello, se cuenta con un botón de acción que motiva al alumno a explorar el catálogo de figuras; además, contiene un botón rotulado con la leyenda Iniciar RA, que ejecuta la proyección de la figura en realidad aumentada (figura 6).

Fuente: Elaboración propia

Figura 6 Figura en realidad aumentada 

Posteriormente, se encuentra la sección de elementos de los cuerpos geométricos representados por tres cubos: el primero destaca los vértices, el siguiente las aristas y el último las caras. La figura 7 muestra el cubo diseñado para resaltar las caras, las cuales poseen colores diferentes que además cambian cada vez que se refresca la página. Esto aplica para todas las figuras del objeto de aprendizaje.

Fuente: Elaboración propia

Figura 7 Caras de un cuerpo geométrico 

Cuando el dispositivo no cuenta con las características para usar realidad aumentada, se muestra un botón deshabilitado con la leyenda RA no soportada. Este componente es mostrado en los dispositivos que son capaces de renderizar el elemento, pero no de proyectarlo, tal es el caso de las computadoras de escritorio, las cuales en su mayoría no implementan el hardware necesario (como sensores y cámara).

La figura 8 enseña la proyección del cubo en realidad aumentada resaltando sus ocho vértices representados por pequeñas esferas. En esta se observa la rotación del cuerpo geométrico en ejecución: la imagen de la izquierda se ha tomado al inicio de la proyección, mientras que la de la derecha unos segundos después. Para esto, se creó una función que realiza la rotación en el eje X e Y, la cual se ejecuta cada ciclo del procesador, por lo cual la velocidad puede variar en dispositivos con características diferentes.

Fuente: Elaboración propia

Figura 8 Vértices en realidad aumentada 

Posteriormente, se encuentra el listado de los cuerpos geométricos disponibles; además, se ha agregado un botón de contacto que dirige al usuario a una página con un formulario y el correo electrónico de soporte técnico. En esta sección pueden realizar sugerencias o notificar errores. Finalmente, el pie de página contiene vínculos relacionados con el objeto de aprendizaje y el tipo de licencia Creative Commons.

Figuras

El objeto de aprendizaje contiene ocho cuerpos geométricos disponibles para proyección que se estudian en educación básica: cubo, esfera, prisma rectangular, cilindro, pirámide, cono, icosaedro y dodecaedro. Cada elemento tiene una página especial con su definición -tomada del Instituto de Ciencias Matemáticas de la Escuela Superior Politécnica del Litoral de Ecuador (²⁰⁰⁶)-, sus características (como el número de caras, de vértices y aristas), así como las fórmulas para el cálculo del área y volumen.

La figura 9 muestra la página para el dodecaedro en un equipo de escritorio no compatible, donde puede apreciarse el contenido descrito anteriormente, mientras que la figura 10 (a la izquierda) presenta la imagen de un teléfono inteligente capaz de ejecutar realidad aumentada, y a la derecha la proyección del cuerpo geométrico.

Fuente: Elaboración propia

Figura 9 Página de dodecaedro en computadora de escritorio 

Fuente: Elaboración propia

Figura 10 Página de dodecaedro en dispositivo compatible 

La imagen proyectada en realidad aumentada implementa un plano de color blanco en la parte superior (como se muestra a la derecha de la figura 10). Este contiene el nombre del elemento y sus características, y tiene la finalidad de recordarle al estudiante la información mientras explora el cuerpo geométrico. De esta manera, aprende mientras se divierte.

Evaluación

Como elemento indispensable de un objeto de aprendizaje se han agregado dos instrumentos de evaluación: el primero ha sido diseñado para medir el avance del estudiante. Contiene ocho reactivos con una imagen en tres dimensiones capaz de ser manipulada con el puntero o con los dedos en dispositivos móviles. Aunque no es posible proyectarlas en realidad aumentada, el usuario puede girar y aumentar el tamaño para visualizar todos los ángulos y de esta manera seleccionar la respuesta correcta de las tres opciones proporcionadas.

La figura 11 muestra el primer elemento de la evaluación del estudiante con un cubo en la parte izquierda y el número de reactivo, la pregunta y las tres opciones a la derecha. Todas las preguntas son campos obligatorios, por lo que en caso de no responder alguna, se notificará al alumno con un mensaje en la parte inferior del formulario. Además, se indicará al usuario el puntaje obtenido en esta evaluación.

Fuente: Elaboración propia

Figura 11 Evaluación del estudiante 

Por otro lado, se incorpora la evaluación del objeto de aprendizaje, el cual consta de las diez características más relevantes de los OA. Estas pueden calificarse de una a cinco estrellas, según la percepción del usuario. Cada elemento contiene una descripción corta para ayudar a entender el concepto. La figura 12 presenta los tres primeros elementos de este instrumento. Los resultados de esta evaluación son almacenados en una base de datos relacional para efectos de análisis y mejora de la aplicación.

Fuente: Elaboración propia

Figura 12 Evaluación del objeto de aprendizaje 

Con los elementos presentados en esta sección de la investigación se ha mostrado el desarrollo de un objeto de aprendizaje para el tema de geometría del espacio que incorpora realidad aumentada a través de la WebXR Device API propuesta por el W3C como el nuevo estándar para este propósito. Además, el resultado final es una aplicación web responsiva que contiene actividades para el estudiante e instrumentos de evaluación para el alumno y para el recurso creado.