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La realidad virtual, una herramienta educativa para la educación superior
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Sara Ojeda Benítez, Rafael Villa Angulo y Ma. Elizabeth Ramírez Barreto1, y Gabriela Lozano Olvera2 Resumen Las nuevas tecnologías han cambiado nuestra ya obsoleta manera de vivir. De tal forma que en esta etapa determinada por el conocimiento y la capacidad de acceder a la información, las sociedades más competitivas serán aquellas que comprendan a tiempo este fenómeno y desarrollen las bases para facilitar el acceso a la información y, por ende, entrar al terreno del conocimiento aplicando las nuevas tecnologías. Las tecnologías de la información y la comunicación desempeñan un papel fundamental en la configuración de nuestra sociedad, la educación es una de las áreas donde las nuevas tecnologías han influido. En este trabajo se abordará particularmente la realidad virtual como una herramienta de las nuevas tecnologías aplicadas a la educación superior. El trabajo se dividió en dos partes, en la primera se realiza un análisis de la realidad virtual como herramienta educativa y en la segunda se presenta una propuesta para utilizar la realidad virtual en un caso especifico, el cual está en desarrollo. El propósito del sistema es promover una cultura ecológica; a través del manejo de los residuos sólidos domiciliarios utilizando como modelo una casa ecológica, para lo cual se fomentarán prácticas como el reciclaje, reuso, manejo de residuos tóxicos en el hogar, entre otros. Introducción La escuela, desde la enseñanza preescolar hasta la universidad no está preparada para afrontar el gran reto de las nuevas tecnologías: el paso de la sociedad industrial a la sociedad de la comunicación está suponiendo un nuevo modo de conocer. Esto implica que la forma como los profesores actúan en relación con la adquisición y organización del conocimiento debe responder a las demandas de las nuevas tecnologías que se han incorporado a la educación. La incorporación de nuevas tecnologías a la educación en nuestro país, es un hecho que responde a diversas motivaciones y propósitos, que van desde la adopción de una moda tecnológica, hasta una visión que anticipa el futuro, detecta problemas educativos e incorpora esfuerzos de investigaciones donde se busca responder a problemas y retos concretos que enfrenta la sociedad. Bajo esta perspectiva es necesario tener presente que ningún medio tecnológico posee características propias que lo hagan mejor que otros e incluso nos lleva a reconocer fortalezas y debilidades de los sistemas tradicionales. Así las nuevas tecnologías, por su potencialidad de transformación, son fuente de numerosos problemas actuales y esconden también las soluciones a antiguos problemas sociales y educativos. Educación y nuevas tecnologías En este nuevo contexto sociocultural y tecnológico, el sistema educativo está inmerso en una serie de transformaciones respecto a las cuales Twigg y Oblinger (1997) y Twigg y Heterick (1996) citan los siguientes:
Pavón (1998) señala que las nuevas tecnologías, ejercen influencia sobre la manera de ser y de comportarnos: actitudes, creencias, valores, hábitos, prioridades informativas, formas de organizar la información. Por ello es importante definir qué vamos a entender por nuevas tecnologías y cuáles pueden ser sus características significativas. Las nuevas tecnologías se apoyan en las telecomunicaciones, la informática, los audiovisuales y sistemas híbridos tales como los multimedia y la realidad virtual; y lo hacen no de forma individual sino interactiva e interconectividad, lo que permite conseguir nuevas realidades comunicativas y potenciar las que pueden tener de forma aislada. Adell (1997) define las nuevas tecnologías como el conjunto de procesos y productos derivados de las nuevas herramientas (hardware y software), soportes de la información y canales de comunicación relacionados con el almacenamiento, procesamiento y transmisión digitalizados de la información. Cabero (2000-a) explica que es difícil definir las nuevas tecnologías, por ello presenta algunas características que las nuevas tecnologías poseen: inmaterialidad, interconexión, interactividad, instantaneidad, elevados parámetros de calidad de imagen y sonido, digitalización, más influencia sobre los procesos que sobre los productos, penetración en todos los sectores (culturales, económicos, educativos, industriales, etc.), creación de nuevos lenguajes expresivos, potenciación de audiencias segmentarias y diferenciadas, innovación, tendencia hacia automatización, diversidad y capacidad de almacenamiento. Poole (1999) y Bartolomé (1999) explican que las nuevas tecnologías apoyan el aprendizaje a través de tipos concretos de sistemas informáticos educativos tales como los tutoriales, simulación, hipertexto, aprendizaje cooperativo, enseñanza a distancia, sistemas integrados de aprendizaje y multimedia. En este trabajo interesa destacar las nuevas tecnologías como apoyo al aprendizaje aplicando la realidad virtual. En este sentido Ojeda, Villa y Lozano (1999) presentan una propuesta para aplicar la realidad virtual como un medio educativo para facilitar el proceso de enseñanza-aprendizaje. Las nuevas tecnologías y la realidad virtual La realidad virtual es la tecnología que permite sumergir a un usuario en un ambiente tridimensional simulado por el computador, de forma interactiva y autónoma en tiempo real. Pérez (1995) señala que el término “realidad virtual”, data de la década de los 80, cuando fue acuñado por Jaron Lanier para distinguir de manera clara entre las simulaciones tradicionales por computadora y el tipo de mundos (y experiencias) que él estaba creando. La realidad virtual (VR) es una simulación interactiva, en la que se puede usar un “ratón”, joystick o el simple teclado, por ejemplo un simulador de vuelo. Sin embargo para otros, esto no basta y sostienen que una VR es cuando se está en un ambiente de red y varias personas aportan sus realidades entre sí, tal es el caso de las comunidades virtuales (BBS) y los esquemas MUD (Multi User Dungeon). Otros limitan el concepto de VR al uso de equipos sofisticados (Head Mount Devices) que permitirán al usuario sumergirse aún más en los nuevos mundos artificiales, es decir realidades sintéticas tridimensionales interfasadas al ser humano mediante métodos específicos de interacción. Para lograr la inmersión en un mundo de realidad virtual, es necesario el uso de dispositivos que simulen los estímulos sensoriales que recibimos en nuestra “realidad real”, entre ellos están los cascos o gafas estereoscópicas, con los que se simula una visión tridimensional, otro dispositivo son los guantes, con los que se manipulan los elementos del entorno, y mediante el uso de otros dispositivos podemos oír y hasta sentir el entorno que nos rodea, tal y como se muestra en la Figura 1. Figura 1 Mediante la realidad virtual se permite a los usuarios experimentar modelos tangibles de lugares y cosas, esto significa que el modelo puede ser percibido directamente por los sentidos, a través de la vista, el olfato, el tacto, el gusto y el oído. El objetivo de la VR es crear un mundo posible, poblarlo con objetos, definir las relaciones entre ellos y la naturaleza de las interacciones entre los mismos. Los elementos de un sistema de VR son la simulación, la interacción y la percepción.
Educación y la realidad virtual El impacto de las redes de comunicación sobre la formación y la educación supone uno de los mayores cambios que haya tenido lugar en las instituciones educativas, incluso podrá llegar a compárasele con la repercusión que tuvo la imprenta para la generalización del conocimiento, la necesidad de la alfabetización por la transformación de una cultura oral a una escrita, y las modificaciones existentes en las funciones y roles a desempeñar en los procesos de instrucción por los agentes participantes en él. En esta nueva situación comienzan a surgir términos como los de “formación virtual”, “aula virtual” o “entornos virtuales de formación”, para reflejar con ellos la nueva realidad que viene a expresar las posibilidades de la enseñanza/aprendizaje basada en un sistema de comunicación mediada por computador; es decir, son entornos tecnológicos de formación y comunicación que se realizan a través de redes de computadoras conectadas entre sí. La realidad virtual es una forma de trabajo donde el hombre puede interactuar con la computadora, generando espacios virtuales donde el humano puede desempeñar sus labores y donde el humano se comunica con la computadora a través de dispositivos de interacción. Pérez (2000), señala que lo virtual no es en modo alguno, lo opuesto a lo real, sino una forma de ser fecunda y potente que favorece los procesos de creación, abre horizontes, cava pozos llenos de sentido bajo la superficialidad de la presencia física inmediata. En los entornos virtuales de formación se pasará de un modelo de enseñanza centrado en el profesor, a otro dirigido hacia el estudiante, donde posiblemente lo importante ya no sea que el profesor enseñe, sino que el alumno llegue a aprender, lo cual repercutirá en que el profesor tenga que desempeñar nuevos roles en la enseñanza y en la creación de materiales (Cabero, 2000-b). Los entornos de la realidad virtual extienden los horizontes del campo de aprendizaje más allá de las fronteras de una clase, proporcionando a los profesores y estudiantes un conjunto de herramientas mentales. Al aplicar las técnicas de realidad virtual al sistema de enseñanza-aprendizaje, se pueden realizar presentaciones visuales más completas y perceptibles, por ejemplo de materias tan complejas como la mecánica cuántica, al sumergir al estudiante en un mundo cuántico virtual. La enseñanza de materias tan complejas y abstractas como la física, química o anatomía se lleva a cabo en laboratorios virtuales con el fin de evocar o implantar imágenes virtuales que puedan ayudar a comprender conceptos abstractos. Una aplicación de la realidad virtual en la Universidad Autónoma de Baja California Actualmente se desarrollan aplicaciones de estas técnicas en la mayor parte de los países desarrollados, estas aplicaciones van desde simples visualizaciones de figuras geométricas hasta complicados laboratorios virtuales donde los estudiantes realizan sus experimentos con elementos químicos peligrosos sin correr ningún riesgo, o la realización de cirugías virtuales para el adiestramiento de estudiantes de medicina. En la Universidad Autónoma de Baja California (UABC) se está trabajando en el desarrollo de una propuesta para aplicar la realidad virtual como un medio educativo para facilitar el proceso de enseñanza-aprendizaje, con el propósito de promover conciencia ambiental. Villa R, Ojeda, Lozano y Villa C (2000) presentan una descripción detallada de las técnicas y herramientas necesarias para la realización de la propuesta. El sistema que proponen es capaz de ejecutar sesiones interactivas humano-computadora en tiempo real, presenta en un contexto espacio-tiempo la simulación de escenarios introduciendo al usuario a un mundo virtual de imágenes a través de unos lentes para realidad virtual y otorgándole el control de manipular e interactuar con las entidades de la simulación (imágenes virtuales) a través de unos guantes interactivos portados por el aprendiz. El propósito de este sistema es promover una cultura ambiental a través del manejo de los residuos sólidos domiciliarios utilizando como modelo una casa ecológica, para lo cual se fomentan prácticas de reciclaje, reuso, manejo de residuos tóxicos en el hogar, prácticas de consumo sustentable, entre otras. El sistema de aprendizaje virtual que están trabajando nace por un lado de la necesidad de aplicar las nuevas tecnologías a la educación, así como implementar nuevas estrategias para mejorar el proceso enseñanza-aprendizaje dentro del sistema educativo y de aplicar las nuevas tecnologías educativas en la problemática ambiental. En este trabajo se aplicará la realidad virtual como un medio educativo para promover la formación de una cultura ambiental, para ello se está diseñando una casa ecológica en la que el usuario-aprendiz trabajará con las imágenes virtuales en los escenarios y realizará las sesiones interactivas para adquirir conocimientos y valores acerca de la relación del hombre con el medio y como resultado incorporará prácticas cotidianas de esa relación en el manejo de los residuos sólidos. En su estado actual, el sistema logra introducir al usuario a una sesión de realidad virtual explorativa haciéndolo interactuar con la computadora de una manera nunca antes experimentada con otro tipo de herramientas. Elementos físicos que integran el sistema En la Figura 2, se observa un diagrama del sistema y enseguida se explica cada uno de los componentes que se presentan en el diagrama. Figura 2 La computadora personal. Es el elemento principal del sistema, su función es ejecutar un programa administrador de la simulación, almacenar la información, generar las imágenes y controlar los dispositivos de interacción, entre otras. Para propósitos de desarrollo de esta aplicación se utiliza una computadora de la serie Visualice de HP con procesador Pentium III de 1.0 Ghz. de velocidad, con 256 Megabytes de memoria RAM (memoria de acceso aleatorio) y un acelerador de video de la serie FX5 de HP. La herramienta base para el desarrollo de las sesiones de RV es el sistema WorldUp de la empresa Sense8, que es una herramienta autoritaria para realizar simulaciones gráficas tridimensionales en tiempo real. Los lentes para realidad virtual (HMD). Es el dispositivo cuya función es crear la ilusión de inmersión a las escenas de la simulación, está compuesto de dos pantallas de cristal líquido posesionadas una frente a cada ojo del usuario. La misma imagen es enviada a cada pantalla sólo que con diferente ángulo de visión y alternadas para cada ojo, con ésto se logra un efecto estereoscópico y el usuario percibe la impresión de profundidad en las escenas. El sistema soporta tres diferentes tipos de lentes: los CrystalEyes VR (de la empresa StereoGraphics), los Cybermaxx2 HMD (de la empresa Victormaxx Technologies) y los i-glasses (de la empresa Virtual i-O). Las características de estos dispositivos y la forma en la cual son utlizados puede observarse en Wup (2000). El sistema de rastreo. La función de este sistema es saber dónde está situado el usuario dentro del ambiente, hacia donde esta mirando, así como detectar sus movimientos para hacerlo interactuar con los objetos del mundo virtual y navegar dentro de las escenas de la simulación, así como manipular las fuentes de sonido que el usuario escucha. Para estos propósitos el sistema desarrollado aprovecha la diversidad de drivers que WorldUp incluye, por lo que pueden utilizarse once distintos sistemas de rastreo (ver Wup, 2000). Los guantes para realidad virtual. Su función es permitir al usuario utilizar el tacto para interactuar con los objetos de la simulación. Este consta de dos guantes sensibles a la flexión de los dedos de las manos y con un sistema de rastreo que detecta la posición, los movimientos y los giros de las manos durante la sesión de realidad virtual. El sistema permite utilizar los guantes “5DT Golves” de la empresa Fifth Dimensión Technologies. Funcionamiento del sistema Al ejecutar una sesión con el sistema desarrollado, se realizan un conjunto ordenado de acciones paso a paso con el objeto de controlar el proceso de entrada de datos, realizar el proceso de simulación de las propiedades de las entidades (objetos virtuales), realizar el proceso de simulación que crea la texturización, coloracióno e iluminación que son presentadas como salida al usuario (Rendering) y manipular una base de datos. El responsable de la ejecución e inspección de esta secuencia de acciones es un programa denominado administrador de simulación. El administrador de simulación en cada sesión de realidad virtual es un programa desarrollado en un lenguaje Script del sistema WorldUp, cuya función es tomar un conjunto de modelos tridimensionales (Imágenes de los objetos y del ambiente virtual a ser simulado, desarrollados en el programa 3D Estudio MAX), asociarles propiedades y hacerlos interactuar con el usuario a través de las herramientas de navegación suministradas por el sistema. Con estas herramientas el programa administrador de simulación introduce sonido estéreo a las escenas, ejecuta un programa manejador para los lentes brindando al usuario la sensación de inmersión a las escenas tridimensionales. De igual manera activa un sistema de rastreo y un sistema de interacción (los guantes) con los cuales provee al usuario la habilidad de interactuar con las entidades del universo en cuestión, o sea, los objetos que intervienen en la simulación. En la Figura 3 se muestra un usuario en una sesión didáctica del sistema desarrollado en el cual se observa, de manera gráfica, el equipo que se ha descrito y cómo se establece la interacción del usuario con el sistema que se propone. Villa y Cols (2000) señalan que una ventaja de este sistema en desarrollo, comparado con sistemas tradicionales de aprendizaje por computadora, es que a través de los guantes éste le da la habilidad al usuario de utilizar el sentido del tacto de una forma casi natural. A través de los lentes le presenta a nuestro sentido de la vista un mundo que es percibido en colores, tamaños, texturas y dimensiones con un alto grado de realismo. A través del sistema de sonido le presenta a nuestro sentido de audición sonidos tan reales que sería difícil detectar si éstos no vienen de los objetos virtuales que los generan. En conclusión, es tan atractivo el sistema que en cada sesión logra captar completamente la atención del usuario introduciéndolo a un estado de concentración tal que asimilar y aprender la información que se le está presentando le resulta placentero y despierta su interés por seguir experimentando. Figura 3 El sistema de aprendizaje virtual que se propone, se encuentra en una etapa de desarrollo. En el sistema, el usuario entra a una casa habitación, mediante una sesión explorativa, en la que puede desplazarse dentro de ésta (ver la Figura 4). Al iniciar la sesión el usuario realizará un recorrido por la casa, en la cual tendrá la posibilidad de interactuar con los objetos que ahí se encuentran para tener sesiones de sensibilización, de información y de aplicación sobre el manejo de los residuos sólidos domiciliarios. Al accesar al escenario de aplicación, el usuario recibirá retroalimentación cuando la sesión no haya sido exitosa. Figura 4 El usuario podrá desplazarse por diversos lugares de la casa (ver la Figura 5), tales como el baño, la cochera, la cocina, el cuarto de lavado, entre otros; podemos encontrar utensilios necesarios para el hogar que contienen elementos tóxicos o peligrosos, si se encuentran al alcance de los niños o utilizados por personas que desconocen su manejo adecuado. Figura 5 Durante la sesión el usuario tiene la posibilidad de tomar estos utensilios e iteractuar con ellos moviéndolos con facilidad. Cuando realiza alguna acción no adecuada para el manejo de estos elementos (por ejemplo dejarlos en un lugar al alcance de niños, o intentar tirar líquidos peligrosos por el lavabo, o derramar en el piso y no limpiar de inmediato, entre otras acciones) automáticamente aparece una persona virtual en la escena y le muestra de una manera visual (hablándole y con movimientos) el manejo adecuado del objeto. Una vez dada la explicación de este personaje virtual, el usuario tiene la oportunidad de realizar por sí mismo las recomendaciones recibidas, de tal forma que si realiza la actividad analizada adecuadamente, recibe una notificación y una felicitación por el buen manejo del objeto en cuestión dentro de una casa habitación. Conclusiones Las nuevas tecnologías afectan no sólo la distribución y producción del conocimiento, sino también su incorporación a los sistemas educativos. De ahí que es necesario establecer los nuevos modelos cognitivos, lo que permitirá comprender mejor el proceso por el cual adquirimos el conocimiento en el seno de las nuevas tecnologías y crear condiciones para un mejor aprovechamiento. El cambio educativo no es algo reductible a meras alteraciones externas de ciertas conductas, ni se limita al simple uso de métodos, actividades, medios o tecnologías en la enseñanza. No obstante, las nuevas tecnologías pueden ser elementos facilitadores de los procesos que se dan en el aprendizaje a cualquier edad, con sus mensajes actuales y atractivos, sus lenguajes y técnicas que dinamizan y enriquecen la práctica educativa. Pero también debemos tener presente que la finalidad real de las nuevas tecnologías es propiciar una enseñanza innovadora y ser sólo un medio educativo. La aplicación de realidad virtual, como una modalidad de las nuevas tecnologías, que se presenta en este trabajo se basa en la multimedia como herramienta para combinar sonido, video y texto para proporcionar y transferir información, aunada a la aplicación tecnológica de la realidad virtual que propone nuevas técnicas de programación para reproducir escenas del mundo real por computadora. La gran ventaja de estos sistemas, con respecto a los sistemas de cómputo tradicionales, es el hecho de utilizar varios sentidos a la vez para transmitir información de la computadora al usuario y viceversa, por lo que el grado de concentración y percepción por parte del usuario es mucho mayor, logrando con esto que el aprendizaje sea más rápido y eficaz que con un sistema no interactivo. Otra ventaja importante de este sistema es que su aplicación depende de la programación y los objetos y eventos que se deseen modelar, por lo que puede ser empleado para cualquier aplicación que se requiera, tal como: diseño y modelado de edificios para proyectos de arquitectura, impartición de clases virtuales de cualquier tema o materia, modelado de obras de arte y objetos valiosos en museos, promoción de tours para agencias de viajes, simulación de líneas de producción en las industrias, reproducción de tumores y otras imágenes biomédicas, creación de videojuegos, de equipos para relajación y cualquier otra aplicación en las cuales se requiera un sistema interactivo humano-computadora para transmitir información en forma natural y a través de escenas del mundo real. Bibliografía Adell, J. (1997, Nov). “Tendencias en educación en la sociedad de las tecnologías de la información”, EDUTEC. Revista Electrónica de Tecnología Educativa, Universitat de les Illes Balears. ISSN:1135-9250. 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Universidad Autónoma de Baja California, Instituto de Ingeniería.
lozano@iing.mxl.uabc.mx.
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