Diseño y desarrollo de un entorno virtual inmersivo para instruir el principio de superposición de movimientos a estudiantes de ingeniería

Resumen

Este artículo describe el diseño y construcción de un entorno de realidad virtual inmersiva con una secuencia de escenas interactivas que recrean la composición de movimientos de una partícula para instruir el principio de superposición de movimientos en estudiantes de Física en ingeniería. El entorno virtual se ha desarrollado en Unity y permite la interacción por medio de las manos con visualización a través de un Head Mounted Display. Este artículo muestra la etapa de diseño, la programación y las principales características del entorno inmersivo logrado. Para probar el entorno inmersivo final se ha interactuado con una población de 20 estudiantes usando un test de 9 preguntas antes y después del uso del entorno inmersivo en cada estudiante. La ganancia normalizada que produce su uso en el grupo de estudiantes, sin acompañamiento y sin interacción social, es 〈g〉=0.08.

Biografía del autor/a

David Castro-González, Universidad Central
estudiante de último semestre de Ingeniería Electrónica de la Universidad Central, Colombia. Experiencia de 1 año desarrollando entornos virtuales con temáticas educativas en proyectos de investigación vinculados con la Universidad Central, Colombia.
Luis Hernando Barbosa, Universidad Central, Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas, Depto. de Ciencias Naturales, Grupo MatCIng.
Lic. en Física de la Universidad Pedagógica Nacional, Colombia, en 1995, el título de Esp. en Ciencias Físicas en 2001, el título de MSc. en Ciencias Físicas en 2006, ambos de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. Se graduó como Dr. en Ciencias en Física Educativa del Instituto Politécnico Nacional, México, en 2012. Ha sido docente de la Universidad Pedagógica Nacional desde el año 1998 hasta el 2004. Desde el año 2003 a la actualidad es docente de tiempo completo de la Universidad Central, Bogotá, Colombia y desde el año 2009 es catedrático de la Universidad de la Salle, Bogotá, Colombia. Fue ganador de la Presea Lázaro Cárdenas 2013, que cada año entrega el presidente de México como reconocimiento a la excelencia de quienes han contribuido a mejorar, mediante la ciencia, la vida del hombre y han dado prestigio tanto al IPN como a sus instituciones de origen.
Vladimir Prada-Jiménez, Universidad Central
Ing. en Mecatrónica de la Universidad Militar Nueva Granada, Colombia, en 2009, el título de MSc. en Sistemas Automáticos de Producción de la Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia, en 2012. Actualmente cursa Doctorado en Ingeniería en Sistemas Robóticos y Mecatrónicos en el Instituto Politécnico Nacional, México. Desde el 2014 a la actualidad es docente de tiempo completo del grupo de investigación MAXWELL de la Universidad Central, Colombia. Sus intereses de investigación incluyen las energías renovables, mecatrónica y bio-robótica. El profesor Prada ha sido miembro de IEEE-RAS.
Gregory Conde-Méndez, Universidad Central
Ing. Electrónico de la Universidad Central, Colombia, en 2006, el título de MSc. en Ingeniería Electrónica y de Computadores de la Universidad de Los Andes, Colombia, en 2010. Actualmente cursa Doctorado en Ingeniería en la Universidad de Los Andes, Colombia. Desde el 2008 a la actualidad es docente de tiempo completo del grupo de investigación MAXWELL de la Universidad Central, Colombia.

Citas

McDermott, L.C. and Redish. E.F., Resource letter: PER-1: Physics education research, Am. J. Phys., 67(9), pp. 755-767, 2007. DOI: 10.1119/1.19122

Sánchez-Velásquez, J., Oliva-Martínez, J.M., Rosado-Barbero, L. y Cruz-González, M.I., Detección de las ideas previas en cinemática utilizando la composición de movimientos, Investig. en la Esc., 19, pp. 105-116, 1993.

Barbosa, L.H. y Organista, J.O., Instrucción del principio de superposición a estudiantes de ingeniería mediante una secuencia didáctica de videos, Rev. Edu. en Ing., 9(18), pp. 106-118, 2014.

Chau, M., Wong, A., Wang, M., Lai, S., Chan, K., Li, T., Chu, D., Chan, I. and Sung, W., Using 3D virtual environments to facilitate students in constructivist learning, Decis. Support Syst., 56, pp. 115-121, 2013. DOI: 10.1016/j.dss.2013.05.009

Lorenzo, G., Pomares, J. and Lledó, A., Inclusion of immersive virtual learning environments and visual control systems to support the learning of students with Asperger syndrome, Comput. Educ., 62, pp. 88-101, 2013. DOI: 10.1016/j.compedu.2012.10.028

Fällman, D., Backman, A. and Holmlund, K., VR in education: An introduction to multisensory constructivist learning enviroments, [En Linea]. 1999. Disponible en:

http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download;jsessionid=DE0847EFF1 5D71D69C472B536D941D54?doi=10.1.1.77.5980&rep=rep1&type=p df

Lee, E.A.-L. and Wong, K.W., A review of using virtual reality for learning, in: Transactions on Edutainment I, Springer Berlin Heidelberg, 2008, pp. 231-241. DOI: 10.1007/978-3-540-69744-2_18

Flores-Cruz, J.A., Camarena-Gallardo, P. y Avalos-Villarreal, E., La realidad virtual, una tecnología innovadora aplicable al proceso de enseñanza de los estudiantes de ingeniería, Rev. Innovación Educ., 6(2), pp. 10-11, 2014.

Yang, J.C., Chen, C.H. and Chang-Jeng, M., Integrating video-capture virtual reality technology into a physically interactive learning environment for English learning, Comput. Educ., 55(3), pp. 1346-1356, 2010. DOI: 10.1016/j.compedu.2010.06.005

Farinzzo-Martins, V., Gregório-de Oliveira, A.J. e Guimarães, M. de Paiva, Implementação de um laboratório de realidade virtual de baixo custo: estudo de caso de montagem de um laboratório para o ensino de Matemática, Rev. Bras. Comput. Apl., 5(1), pp. 98-12, 2013. DOI: 10.5335/rbca.2013.2810.

Vieira-Frade, B., Campos, P. e De Sousa, P., O uso da realidade virtual como objeto de aprendizagem da matemática, Virtual Augment. Real. (SVR), 2015 XVII Symp., pp. 137-141, 2015. DOI: 10.1109/SVR.2015.27

Colomeischi, A.A. and Colomeischi, T., The students emotional life and their attitude toward mathematics learning, Procedia - Soc. Behav. Sci., 180, pp. 744-750, 2015. DOI: 10.1016/j.sbspro.2015.02.192

Salinas, P., González-Mendívil, E., Quintero, E., Ríos, H., Ramírez, H. and Morales, S., The development of a didactic prototype for the learning of mathematics through augmented reality, Procedia Comput. Sci., 25(81), pp. 62-70, 2013. DOI: 10.1016/j.procs.2013.11.008

Sommerauer, P. and Müller, O., Augmented reality in informal learning environments: A field experiment in a mathematics exhibition, Comput. Educ., 79, pp. 59-68, 2014. DOI: /10.1016/j.compedu.2014.07.013

Boletsis, C. and McCallum, S., The table mystery: An augmented reality collaborative game for chemistry education, Lecture Notes in Computer Science, 8101, pp. 86-95, 2013. DOI: 10.1007/978-3-642-40790-1_9

Merchant, Z., Goetz, E.T., Keeney-Kennicutt, W., Kwok, O.M., Cifuentes, L. and Davis, T.J., The learner characteristics, features of desktop 3D virtual reality environments. College chemistry instruction: A structural equation modeling analysis, Comput. Educ., 59(2), pp. 551- 568, 2012. DOI: 10.1016/j.compedu.2012.02.004

Korallo, L., Foreman, N., Boyd-Davis, S., Moar, M. and Coulson, M., Do challenge, task experience or computer familiarity influence the learning of historical chronology from virtual environments in 8 – 9 year old children ?, Comput. Educ., 58(4), pp. 1106-1116, 2012. DOI: 10.1016/j.compedu.2011.12.011

Kysela, J. and Štorková, P., Using augmented reality as a medium for teaching history and tourism, Procedia - Soc. Behav. Sci., 174, pp. 926- 931, 2015. DOI: 10.1016/j.sbspro.2015.01.713

Jara, C.A., Candelas, F.A., Puente, S.T. and Torres, F., Hands-on experiences of undergraduate students in automatics and robotics using a virtual and remote laboratory, Comput. Educ., 57(4), pp. 2451-2461, 2011. DOI: 10.1016/j.compedu.2011.07.003

Jin, G. and Nakayama, S., “Virtual reality game for safety education,” in Int. Conf. Audio, Lang. Image Process. 2014, pp. 95–100.

DOI: 10.1109/ICALIP.2014.7009764

Lam, C.K., Sundaraj, K. and M Sulaiman,. N., Virtual reality simulator for phacoemulsification cataract surgery education and training, Procedia Comput. Sci., 18, pp. 742-748, 2013. DOI: 10.1016/j.procs.2013.05.238

Lin, Y., Wang, X., Wu, F., Chen, X., Wang, C. and Shen, G., Development and validation of a surgical training simulator with haptic feedback for learning bone-sawing skill, J. Biomed. Inform., 48, pp. 122- 129, 2014. DOI: 10.1016/j.jbi.2013.12.010

Yen, J.-C., Tsai, C.-H. and Wu, M., Augmented reality in the higher education: Students’ science concept learning and academic achievement in astronomy, Procedia - Soc. Behav. Sci., 103, pp. 165-173, 2013. DOI: 10.1016/j.sbspro.2013.10.322

Ibáñez, M.B., Di Serio, Á., Villarán, D. and Delgado Kloos, C., Experimenting with electromagnetism using augmented reality: Impact on flow student experience and educational effectiveness, Comput. Educ., 71, pp. 1-13, 2014. DOI: 10.1016/j.compedu.2013.09.004

Chiu, J.L., Dejaegher, C.J. and Chao, J., The effects of augmented virtual science laboratories on middle school students's understanding of gas properties, Comput. Educ., 85, pp. 59-73, 2015. DOI: 10.1016/j.compedu.2015.02.007

Kozhevnikov M. and Gurlitt, J. Immersive and non-immersive virtual reality system to learn relative motion concepts, in: Interdisciplinary Engineering Design Education Conference (IEDEC), 2013, pp. 168-172. DOI: 10.1109/IEDEC.2013.6526781

Feynman, R.P., Leighton R.B. and Sands, M.L., The Feynman lectures on physics. Vol. I, Reading, Mass: Addison-Wesley Pub. Co., 1963.

Hake, R.R., Interactive-engagement versus traditional methods: A sixthousand- student survey of mechanics test data for introductory physics courses, Am. J. Phys., 66(1), pp. 64-74, 1998. DOI: 10.1119/1.18809

Publicado
2017-02-01
Cómo citar
Castro-González, D., Barbosa, L. H., Prada-Jiménez, V., & Conde-Méndez, G. (2017). Diseño y desarrollo de un entorno virtual inmersivo para instruir el principio de superposición de movimientos a estudiantes de ingeniería. Revista Educación En Ingeniería, 12(23), 101-108. https://doi.org/10.26507/rei.v12n23.759