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DISEÑO Y PROGRAMACIÓN DE SERIOUS GAMES A PARTIR DE LA MODELACIÓN DE SISTEMAS FÍSICOS. Angel Pretelín Ricárdez Profesor Investigador / Titular A Instituto Politécnico Nacional / UPIITA / México D e v H O U R 2 0 1 3 1

Diseño y programación de Serious Games a partir de la modelación de sistemas físicos

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DISEÑO Y PROGRAMACIÓN DE SERIOUS GAMES A PARTIR DE LA MODELACIÓN DE SISTEMAS FÍSICOS.

Angel Pretelín RicárdezProfesor Investigador / Titular AInstituto Politécnico Nacional / UPIITA / México

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AGENDA

La propuesta Motivación Marco teórico Algunos antecedentes Lo que pretendemos hacer El micromundo de aprendizaje Metodología a seguir Resultados esperados Referencias

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LA PROPUESTA…

En este trabajo de investigación pretendemos mostrar como la programación de videojuegos (juegos serios) puede favorecer el aprendizaje

de la modelación matemática de sistemas físicos en estudiantes de ingeniería.

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MOTIVACIONES

Utilizar la tecnología como elemento mediador en la construcción de aprendizaje matemático.

Buscar un elemento mediador robusto que genere compromiso y motivación en quien va construir (estudiante).

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MARCO TEÓRICO

Construccionismo, Micromundos de aprendizaje Juegos Serios (SG)

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MARCO TEÓRICO

Sobre el construccionismo…

“El construccionismo… tiene la misma connotación del constructivismo, del aprendizaje como "creación de estructuras de conocimiento", independientemente de las circunstancias del aprendizaje. Luego agrega la idea de que esto ocurre en forma especialmente oportuna en un contexto donde la persona que aprende está comprometida conscientemente para construir una entidad pública, ya sea un castillo de arena en la playa o una teoría del universo” (Papert & Harel, 1991)

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MARCO TEÓRICO

Sobre los micromundos…

Una definición dada por Hoyles & Noss (1987) es que “un micromundo se concibe como una serie de situaciones materiales, personas, sentimientos, relaciones, objetos —entre otros— que pueden agruparse en componentes”.

Y proponen que un micromundo involucra los siguientes cuatro componentes: componente pedagógica, componente estudiante, componente técnica y componente contextual, interactuando entre sí.

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MARCO TEÓRICO Los cuatro componentes del

micromundo se definen de la siguiente manera:

El componente del estudiante: Que involucra los entendimientos y concepciones parciales existentes que el alumno trae consigo a la situación didáctica.

El componente técnico: Formado por el software o lenguaje de programación y un conjunto de herramientas que proveen un sistema de representaciones para la comprensión de una estructura matemática o campo conceptual.

El componente pedagógico: Todas las intervenciones didácticas que se llevan a cabo durante las actividades de programación, así como el material didáctico que se utilice.

El componente contextual: El entorno social de las actividades.

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MARCO TEÓRICO

Sobre los SG…

(Juul, 2005; Prensky, 2001; Salen & Zimmerman, 2004; Salen & Zimmerman, 2006; Suits, 2005)

“Un juego es la representación estética de un conflicto artificial inmerso en una historia, delimitado por reglas aceptadas previamente por los jugadores, donde éstos compiten para la consecución de una meta, a través del manejo de recursos y la toma de decisiones, cuyas consecuencias opcionales y negociables, los llevaran a resultados cuantificables” (Pretelin-Ricardez & Mora, 2010; p. 196)

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MARCO TEÓRICO

Sobre los SG…

(Klopfer, Osterweil & Salen, 2009; Michael & Sande, 2006; Raybourn & Bos, 2005; Zyda, 2005):

“Un SG es un juego en el cual la parte pedagógica está embebida y subordinada a la historia, e imbuye el aprendizaje de las ciencias en forma de habilidades y competencias desde el contexto de una profesión en particular” (Pretelin-Ricardez & Mora, 2010; p. 196)

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MARCO TEÓRICO

Videojuego serio (Serious Game) (Zida, 2005, p. 26)

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ALGUNOS ANTECEDENTES

Trabajos de Yasmin B. Kafai y colaboradores (ver Kafai & Resnick, 1996; Kafai, Franke, Ching & Shih, 1998; Kafai, 2006)

Sientan los fundamentos y la estructura del “aprendizaje basado en el diseño y programación de juegos” y su relación con el construccionismo.

Dichos trabajos se refieren a videojuegos (no serios) y el nivel escolar de los estudiantes es: Preescolar, primaria, secundaria o preparatoria.

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ALGUNOS ANTECEDENTES

“El diseñar juegos proporciona una situación que combina naturalmente problemas teórico-prácticos así como la reflexión de esta relación, además de que proporciona oportunidades para el debate, la reflexión y la colaboración dentro de un contexto significativo” (Kafai et al., 1998; p. 180)

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ALGUNOS ANTECEDENTES

Baytak & Land (2010) Un caso de estudio hecho con niños en

donde interviene el diseño y programación de videojuegos para que los niños reflejen el entendimiento que tiene sobre conceptos de nutrición.

Holbert, Penney & Wilensky (2010). Es un ensayo sobre las consideraciones que

se deben de tener si se quiere implementar construccionismo en el diseño y programación de juegos de acción.

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LO QUE PRETENDEMOS HACER

Intentamos dar respuesta a preguntas como las siguientes:

¿Cómo poner en práctica el paradigma del construccionismo para enriquecer el aprendizaje de los alumnos, utilizando como elemento mediador un motor de videojuegos?

¿Cómo se construye o se transforma el concepto de modelación y simulación en el estudiante a través del uso de motores de videojuegos y la creación de un juego serio?

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EL MICROMUNDO DE APRENDIZAJE El componente técnico

Software, programa o programas en el cual se enfoca la atención del estudiante sobre una idea o proceso específico: Motor de videojuegos Game Maker Studio Lenguaje unificado de modelado (UML) Physics engine Recursos prediseñados para la creación de personajes, escenarios,

música y sonidos.

Se pretende que a través de cada uno de estos elementos se pueda hacer la mediación adecuada para que el alumno construya de manera estructurada el conocimiento matemático.

La idea general es que los elementos que conforman el componente técnico sean herramientas “abiertas”, como se describe en Sacristán Rock (2003), es decir (re)construibles y modificables por los estudiantes.

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EL MICROMUNDO DE APRENDIZAJE

El componente estudiante

Este componente engloba aspectos cognitivos y afectivos Conocimientos previos Historia de los participantes

En este caso, los participantes (estudiantes) del nivel superior (de la UPIITA-IPN), los cuales tendrán conocimientos heterogéneos sobre matemáticas, modelación de sistemas físicos y programación.

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EL MICROMUNDO DE APRENDIZAJE El componente contextual

Situaciones sociales y culturales en las cuales las actividades de programación toman lugar, afectando el aprendizaje del estudiante (Hoyles & Noss, 1987).

El objetivo es conformar cuatro equipos de tres participantes (estudiantes), que tengan diferentes niveles de conocimiento o competencias buscando de esta forma heterogeneidad para propiciar el intercambio de ideas a través de distintos niveles de comprensión.

También se quiere que cada equipo trabaje principalmente en una sola computadora, para favorecer el intercambio de ideas y el aprendizaje colaborativo.

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EL MICROMUNDO DE APRENDIZAJE El componente pedagógico

Estructurar la investigación y exploración de los conceptos incorporados en el componente técnico, para enfocar la reflexión sobre aspectos particulares, sugerir el orden productivo de las operaciones, indicar los puntos de partida útiles, y provocar relaciones con otras actividades. El aspecto físico del componente pedagógico puede incluir un profesor (que puede ser tan joven como el estudiante, libros, posters, etc.) (Hoyles & Noss, 1987; p. 588)

Este componente estará conformado por: la secuencia mostrada más adelante (Metodología a seguir), el diseño pedagógico del videojuego, manuales para el profesor (Guía) y para el participante (Estudiante) así como bibliografía adicional recomendada para lecturas futuras.

El diseño pedagógico del videojuego serio estará basado en el GAM (Game Achievement Model) de (Amory & Seagram, 2003) como una forma de estructurar lo que se quiere enseñar a través del juego. Los manuales para el profesor y participantes se crearon para dotarles de un instrumento concreto para poder seguir la secuencia didáctica; asimismo la bibliografía adicional servirá de complemento a lo expuesto por el profesor.

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EL GAM (GAME ACHIEVEMENT MODEL)

a)

b) c)

Figura 3.7 GAM para el SG cuaderno de notas.

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METODOLOGÍA A SEGUIR

Cada equipo trabaja en una computadora que le sirve para diseñar y programar un videojuego serio a partir de los conceptos de modelación matemática de sistemas físicos que se le enseñen.

Algunas de las actividades desarrolladas en la secuencia de aprendizaje se presenta a continuación:

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METODOLOGÍA A SEGUIR1. Explicar, de manera general, la propuesta a los participantes.

2. Exploración de conocimientos previos de los participantes.

3. Explicación de la filosofía de micromundos computacionales a los participantes.

4. Explicación del motor de programación de videojuegos a través de un ejemplo.

5. Explicación de conceptos de modelación matemática de sistemas físicos.

6. Relación de conceptos con comandos o instrucciones del physics engine.

7. Análisis de los conceptos matemáticos utilizados en el ejemplo propuesto para el videojuego serio.

8. Programación guiada de un videojuego serio a través del motor de videojuegos donde se utilicen las relaciones anteriores.

9. Explicación de lo que es un juego serio y lo qué no es un juego serio.

10. Explicación de la metodología de diseño de un videojuego serio, para contrastar si la construcción del “juego serio” cumplió con lo que se abordará aquí.

11. Diseño por parte de los participantes de un videojuego serio, poniendo en práctica lo aprendido.

12. Programación de un videojuego serio por parte de los participantes.

13. Presentación, análisis y discusión de los videojuegos serios construidos.

14. Cierre.

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RESULTADOS ESPERADO Se pretende entonces que los participantes experimenten con el

uso de motores de videojuegos en el micromundo de aprendizaje, y a partir de esta experiencia puedan entender esta propuesta, y cómo puede la misma ser implementada para impactar en la construcción de aprendizaje significativo en torno al concepto de modelación matemática de sistemas físicos.

La interacción de los componentes del micromundo de aprendizaje que se propone, pretende favorecer la exploración y la construcción de aprendizaje relacionado con la modelación matemática de sistemas físicos.

Una idea fundamental que se busca también es que el participante no sólo construya, sino que se establezca un método estructurado para que la construcción de lo concreto se haga eficiente y por consecuencia suceda lo mismo con lo abstracto, todo esto favorecido por la relación adecuada de cada uno de los componentes del micromundo de aprendizaje.

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REFERENCIAS Batik, A., Land, S. M. (2010). A case study of educational game design by kids and for kids. Procedia - Social and Behavioral

Sciences, 2(2), p. 5242-5246 Holbert, N., Penney, L.,& Wilensky, U. (2010). Bringing Constructionism to Action Gameplay. In J. Clayson & I. Kalas (Eds.),

Proceedings of the Constructionism 2010 Conference. Paris, France, Aug 10-14. Hoyles, C. & Noss, R. (1987). Synthesizing mathematical conceptions and their formalization through the construction of a

Logo-base school mathematics curriculum. International Journal of Mathematics education in science and technology. Vol. 18. No. 4. pp. 581-595

Juul, J. (2005). Half-Real: Video Games between Real Rules and Fictional Worlds. Massachusetts: MIT Press. Kafai, Y. B. (2006). Playing and making games for learning: Instructionist and constructionist perspectives for game studies.

Games and Culture, 1(1), 36-40. Kafai, Y. B., Franke, M., Ching, C., & Shih, J. (1998). Game design as an interactive learning environment fostering students’

and teachers’ mathematical inquiry. International Journal of Computers for Mathematical Learning, 3(2), 149–184. Kafai, Y., & Resnick, M. (1996). Constructionism in practice: Designing, thinking, and learning in a digital world. Mahwah, NJ:

Lawrence Erlbaum. Kebritchi, M. & Atsusi, "2c" H. (2008). Examining the pedagogical foundations of modern educational computer games.

Elsevier: Computers & Education. Volume 51, Issue 4, pp. 1729-1743. Klopfer, E., Osterweil, S., & Salen, K. (2009). Moving learning games forward. Obstacles opportunities & openness. Accesado:

30 de Marzo de 2012, de http://education.mit.edu/papers/MovingLearningGamesForward_EdArcade.pdf. Michael, D. & Sande C. (2006). Serious Game Games That Educate, Train And Inform. Boston, MA: Thomson Course

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Corporation. accesada: 01 de enero de 2012. papert.org: http://www.papert.org/articles/SituatingConstructionism.html Prensky, M. (2001). Digital Game-Based Learning. Minnesota: Paragon House. Pretelin-Ricardez, A. & Mora, C.(2010). The Serious Games in the teaching-learning process in physics: What are they? What

has been done? Where do they go?. En International Conference GIREP-ICPE-MPTL 2010 - Teaching and learning Physics today: Challenges? Benefits?. 22 - 27 August 2010. Oral Communication. Book of Abstracts GIREP-ICPE-MPTL 2010. URCA - Reims. Reims, France, pp 196.

Raybourn, E. M. & Bos, N. (2005). Design and evaluation challenges of serious games. En ACM Conference on Human Factors in Computing Systems. 2-7 April 2005. Proceedings of CHI 2005, Portland, Oregon, USA: ACM Press, pp. 2049-2050.

Salen, K. & Zimmerman, E. (2004). Rules of play: Game design fundamentals. Cambridge, MA: MIT Press. Salen, K. & Zimmerman, E. (2006). The Game Design Reader: A Rules of Play Anthology. Massachusetts: MIT Press. Suits, B. (2005). The Grasshopper: Games, Life and Utopia. USA: Broadview Press. Zyda, M. (2005). From visual simulation to virtual reality to games. IEEE Computer, vol 38, pp. 25-32.

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¡GRACIAS!Contacto:Angel Pretelín Ricá[email protected]@cinvestav.mx