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XI X Congreso Universitario de I nnovación Educativa en las Enseñanzas Técnicas Barcelona, 6 a 8 de julio de 2011
Rediseño y Validación de niveles de un curso intens ivo de mejora de habilidades espaciales.
Jorge Luis de la Torre, Carlos Carbonell Carrera, Rosa Navarro Trujillo, Jose Luis Saorín, Manuel Contero(1)
Universidad de La Laguna, Avda Ángel Guimerá Jorge s/n-38204 La Laguna (Santa Cruz de Tenerife), 922319871, FAX: 922319870, jcantero@ull.es
(1)Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022 Valencia
Resumen:En este trabajo se describe el rediseño de un curso intensivo de mejora de las habilidades espaciales categorizados por niveles de dificultad y realizado en su totalidad utilizando materiales digitales (moodle como aula virtual y SketchUp como material de trabajo 3D). El trabajo parte de una experiencia anterior realizada con alumnos de ingeniería y se pretende crear un material modular que sirva para múltiples niveles y estudios. La categorización de niveles ha sido validada mediante una prueba con alumnos a los cuales se les ha medido los tiempos empleados en realizar los diferentes ejercicios. También se han trabajado todos los aspectos de usabilidad con el objeto de mejorar los resultados del mismo.
Palabras Clave: Habilidades Espaciales, Aplicaciones Informáticas, eLearning, Innovación Tecnológica, Recursos Didácticos.
Abstract: This paper describes the redesign of a fast remedial course to improve spatial abilities categorized by levels of difficulty and made entirely using digital materials (such as a moodle virtual classroom and SketchUp as working material in 3D). This work is based on a previous experience conducted with engineering students and it is intended to create a modular material that serves for multiple levels and studies. The categorization of levels has been validated with students that measured the time needed to perform the different exercises. Furthermore, all aspects of usability have been modified in order to improve the results.
Keywords: Spatial Abilities, Computer Applications, eLearning, Technological Innovation, Teaching Resources.
1. I ntroducción
El grupo DEHAES está trabajando en la mejora de las habilidades espaciales desde el
año 2004 y para ello ha desarrollado diferentes cursos y herramientas de mejora de las
habilidades espaciales [1] . Una de las líneas de trabajo se basa en la utilización de
aplicaciones web gratuitas y otra de las líneas utiliza software de modelado 3d de fácil
implementación y bajo coste.
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En el ámbito de la Ingeniería, los estudiantes necesitan imaginar objetos en diferentes
orientaciones, manipular modelos tridimensionales, reconstruir mentalmente dibujos de
dos a tres dimensiones, en papel o en programas de diseño asistido por ordenador. Por
este motivo la capacidad espacial se revela como una habilidad necesaria para que los
estudiantes aborden con éxito los contenidos docentes; distintos autores relacionan un
alto nivel de estas capacidades con el éxito en carreras técnicas: el pensamiento
espacial es esencial para el pensamiento científico y se utiliza para representar y
manipular información en el aprendizaje y en la resolución de problemas [2] ,[3] ,[4] .
En el curso académico 2006-2007 se lleva a cabo una experiencia con un curso basado
en la utilización del software SketchUp de Google [5] . Se propone una nueva
metodología de apoyo al desarrollo de las relaciones espaciales y de la visión espacial,
mediante el uso del programa SketchUp7. Se desarrolla durante tres semanas con un
programa de actividades de 8 horas dentro de clase y 4 horas fuera de clase. Se
combinan actividades de iniciación dedicadas al modelado de piezas reales y de piezas
decididas libremente por los estudiantes, con niveles en los que se desarrollan los
ejercicios tradicionales de expresión gráfica asistidos por un entorno 3D.
Visto los resultados de este curso se pretende mejorar el material utilizado,
categorizándolo por fases de aprendizaje y niveles de dificultad, e implementarlo
dentro de un aula virtual en formato moodle. De esta manera se pretende que el
material esté disponible para su uso en distintos centros y niveles educativos.
2. Antecedentes
2.1 Habilidades Espaciales
La habilidad espacial entendida como la habilidad de reconocer piezas tridimensionales
mediante plegado y desplegado de sus caras y el proceso de realizar mentalmente
rotaciones y comparaciones en cubos bidimensionales y tridimensionales [6] es una
capacidad que los estudiantes de titulaciones universitarias técnicas deben desarrollar
para comprender los contenidos de sus estudios, ya que en un alto porcentaje están
orientados a pensar y manipular mentalmente objetos para diseñar, calcular o
proyectar. La adquisición de las habilidades espaciales en los alumnos de ingeniería,
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está correlacionada directamente con sus futuras posibilidades de éxito en el campo
profesional [7] [8] [9] .
Las asignaturas de Expresión Gráfica han utilizado las herramientas clásicas del Dibujo
(escuadra, cartabón, compás, papel, lápiz…) para representar gráficos. Los
conocimientos adquiridos y habilidades desarrolladas para representar y diseñar
objetos se obtenían tradicionalmente mediante el uso de estas herramientas y del
lenguaje normalizado de la ingeniería. Los ejercicios clásicos para aprender el lenguaje
gráfico se pueden dividir en dos bloques:
‚ Los realizados asistidos por las herramientas de dibujo.
‚ Los realizados a mano alzada, denominados croquis, para los que no se exige
precisión sino proporciones y formas. A pesar de ser realizados a mano alzada
utilizan las normas gráficas [10] .
El uso de las herramientas CAD, están totalmente implantadas en la profesión de
ingeniería y arquitectura. En la actualidad es impensable trabajar en exclusividad con
las herramientas tradicionales del dibujo técnico en los estudios de proyectos. Estas
herramientas CAD han sustituido las técnicas tradicionales del dibujo, sin interferir con
los dibujos croquizados que se siguen realizando a mano alzada con lápiz y papel.
Por lo tanto, como apoyo a los contenidos teóricos de las asignaturas de Expresión
Gráfica y para propiciar el desarrollo de las habilidades espaciales se pueden utilizar
aplicaciones multimedia de libre acceso en la web [11] y/o gratuitas, que aprovechan
las nuevas tecnologías como una alternativa a los ejercicios de lápiz y papel
tradicionales.
2.2 Mejora de habilidades espaciales mediante la re alización de cursos de
intensificación.
Varios estudios realizados por investigadores, concluyen que las asignaturas de
Expresión Gráfica mejoran las habilidades espaciales [12] [13] [14] . Los trabajos de
Grandinscak & Lewis de “University of Melburne” apuntan que la mejora en las HE, no
depende del programa académico. El uso de herramientas CAD, no es solamente
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cambiar el entorno de aprendizaje de la Expresión Gráfica introduciendo el ordenador,
sino que hay que reflexionar sobre la tipología de ejercicios a emplear. Devon Foster
de Pennsilvania State University, afirma que el trabajar en modelados sólidos mejora la
visión espacial.
Es cierto que todos los alumnos que acceden a la universidad no tienen el mismo nivel
de HE, por ello que autores pioneros en este campo [15] han trabajado en el diseño de
materiales didácticos y planes de estudio específicos con el objetivo de proponer
cursos más o menos intensivos y la intención de aumentar estas habilidades en los
alumnos y en el mínimo tiempo posible.
De las experiencias realizadas se desprenden las siguientes conclusiones:
- Los cursos de mejora con ejercicios de lápiz y papel sirven para aumentar las
capacidades espaciales.
- El uso de juegos y material multimedia permite desarrollar las habilidades
espaciales al menos en la misma medida que los ejercicios tradicionales.
- Las aplicaciones basadas en CAD o nuevas tecnologías tienen una gran acogida
por los alumnos, lo que aumenta su motivación y mejora los resultados.
2.3 Curso de Modelado 3D original
El material que va a rediseñarse está basado en un taller que se impartió en el curso
académico 2007-2008 basado en la utilización del software SketchUp de Google [5] . Se
desarrolla durante tres semanas con un programa de actividades de 8 horas dentro de
clase y 4 horas fuera de clase. Se combinan actividades de iniciación dedicadas al
modelado de piezas reales y de piezas decididas libremente por los estudiantes, con
niveles en los que se desarrollan los ejercicios tradicionales de expresión gráfica
asistidos por un entorno 3D.
En este curso participaron 40 alumnos voluntarios del primer curso de la titulación de
Ingeniería Técnica de Obras Públicas de la Universidad de La Laguna.
A pesar de que el taller funcionó bien para la mejora de las habilidades espaciales, se
detectaron una serie de aspectos del mismo que se podían mejorar. Entre ellos
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destacan que los ejercicios no estaban clasificados por de niveles de dificultad, que no
se disponían de tiempos medios de realización de cada uno de los ejercicios, que los
materiales no estaban completamente digitalizados ni diseñados para el uso con aulas
virtuales… Por ello existía una clara dificultad para aplicar este taller a diferentes
niveles académicos o de edad, así como para trasladar la experiencia a otros centros
educativos. En la Figura 1 podemos ver algunos ejemplos de materiales de este curso.
Figura 1. Ejemplo de materiales utilizados en el curso de Modelado 3D original
3. Rediseño y validación de niveles
3.1 Nuevo Diseño
Vista la problemática del taller original, se planteó la realización de un rediseño de su
estructura y de los materiales. Como se pretende que el curso sea válido para su uso
en distintos centros y niveles educativos lo primero que se hizo fue simplificar la
estructura y dejar solamente dos fases de aprendizaje. En la fase de iniciación se
modelan figuras de la realidad o de perspectivas y en la fase de perfeccionamiento se
modelan figuras a partir de las vistas. Cada una de estas fases de aprendizaje se divide
a su vez, en tres niveles de dificultad. De tal manera que la estructura del curso queda
según la Tabla 1.
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Tabla 1. Ejemplo de Tabla insertada en el Texto.
FASE PRÁCTICAS/NIVEL LOGO DESCRIPCIÓN
PRÁCTICA 1.1 Crear modelos 3D a partir de piezas
reales de aluminio.
NIVEL A
24 figuras inscritas en una rejilla de
3x3x3 con sus caras paralelas a los
planos coordenados
NIVEL B
24 figuras inscritas en una rejilla de
4x4x4 que además incluyen caras
inclinadas
FAS
E D
E I
NIC
IAC
IÓN
PRÁCTICA 1.2
Crear
modelos 3D a
partir de
perspectivas
isométricas
de figuras NIVEL C
24 figuras inscritas en una rejilla de
5x5x5 que además incluyen caras
curvas
NIVEL A
24 figuras inscritas en una rejilla de
3x3x3 con sus caras paralelas a los
planos coordenados
NIVEL B
24 figuras inscritas en una rejilla de
4x4x4 que además incluyen caras
inclinadas
FAS
E D
E P
ER
FEC
CIO
NA
MIE
NT
O
PRÁCTICA 2.1
Crear
modelos 3D a
partir de las
vistas
normalizadas
de figuras NIVEL C
24 figuras inscritas en una rejilla de
5x5x5 que además incluyen caras
curvas
.
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A la misma vez que se definió una estructura basada en niveles de dificultad y fases de
aprendizaje, también se mejoró la maquetación de los contenidos. Se procuró que el
enunciado y el ejercicio se resolvieran en el mismo espacio de trabajo (Figura 2).
Figura 2. Ejemplo de nueva maquetación de ejercicio en SketchUp.
3.2 Validación de las fases y niveles de aprendizaj e
En el curso 2010-2011 se realiza el taller con 77 alumnos de primero del grado de
ingeniería electrónica y automática. A cada alumno se le pidió que completaran 12
ejercicios de cada nivel y que cronometraran el tiempo que tardaban en realizar dichos
ejercicios.
Como se puede ver en la Figura 3 los tiempos empleados crecen conforme pasamos
del nivel A al nivel C. Por otro lado se comprueba que la fase de perfeccionamiento es
sensiblemente más complicada que la fase de iniciación. De esta manera tenemos una
comprobación cuantitativa de que la distribución del curso en fases de aprendizaje y
niveles de dificultad es correcta. Por ello y disponiendo de los tiempos medios de cada
uno de los ejercicios se pueden proponer diferentes modalidades del mismo curso
atendiendo al nivel académico de los participantes y al tiempo disponible.
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Figura 3. Tiempos medios de resolución de ejercicios por fases y niveles.
4. Conclusiones y futuros trabajos
La categorización de niveles empleada es adecuada, puesto que los tiempos se
incrementan con los niveles en la fase de iniciación y la fase de perfeccionamiento
resulta más difícil que la de iniciación (sobre todo en los niveles B y C).
La implementación de todos los contenidos e instrucciones del taller dentro de un aula
virtual es posible y permite tenerlo preparado para realizarlo en cualquier sitio.
Como futuros trabajos están el diseño y validación en distintos ámbitos educativos de
cursos adaptados a un tiempo y un nivel determinado.
5. Agradecimientos
Este artículo está financiado en parte con fondos procedentes del proyecto: «Mejora
del Razonamiento Espacial y Visual mediante Herramientas Tecnológicas Avanzadas»
(ESREVIC). Ministerio de Educación, Plan Nacional de I + D + I (2008-2011).
Ref. TIN2010-21296-C02-02.
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6. Referencias
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capacidad de visión espacial y su relación con la ingeniería. DYNA Ingeniería e
Industria, 84 (9), 721-732.
[2] Smith I . Spatial ability: I ts educational and social significance. London: The
University of London Press, 1964.
[3] McGee M. “Human spatial abilities: Psychometric studies and environmental,
genetic, hormonal, and neurological influences”. Psychological Bulletin. 1979. Vol.86,
p.889-918.
[4] Clements, D, Battista, M. “Geometry and Spatial Reasoning”. En: AE Kelly, and RA
Lesh. Handbook of Research on Mathematics Teaching and Learning. New York:
Macmillan Publishing Company.1992. p.420-464.
[5] Martin-Dorta, N., Saorín, JL, & Contero, M.: Development of a Fast Remedial
Course to Improve the Spatial Abilities of Engineering Student. Journal of Engineering
Education , 97 (4), 505-514 (2008).
[6] Olkun, S, “Making connections: improving spatial abilities with engineering drawing
activities”, International Journal for Mathematics Teaching and Learning, 2003.
[7] Shawn Strong, Roger Smith “Spatial visualization: Fundamentals and Trends in
Engineering Graphics” Journal of Industrial Technology, Vol 18, Nº 1, 2001, pp 2-6.
[8] Craig L. Miller, Gary R. Bertoline “Spatial Visualization Research and Theories: their
importance in the development of an engineering and and technical Design Graphics
curriculum Model” Engineering Design Graphics Journal, Vol 55, Nº3, pp 5-14.
[9] Ferguson E.S. “The Mind´ s eye: Non verbal thought in technology”, Editorial
Science, 1977, pp 827-836
[10] Raudebaugh, R. A., “Visualization, Sketching and Freehand Drawing for
Engineering Design”, Schroff Development Corporation, 1999
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[11] Martín-Gutiérrez, J.; Martín, N.; Saorín, J.L.; Contero, M.; Navarro, R.,
“Aplicaciones web para el desarrollo de las habilidades espaciales”. XX Congreso
Internacional de Ingeniería Gráfica, Junio, Valencia, 2008
[12] Dominguez Posada, Rodriguez Jose, “Influencia de las asignaturas gráficas sobre
el desarrollo de la vision espacial en los alumnos de las escuelas técnicias superiores.
(ETSI caminos de Madrid)”, Tesis doctoral de la Escuela Tecnica Superior de
Ingenieros de Canales y Puertos. Universidad Complutense de Madrid, 1994
[13] Gradinscak, Zlatko ; Lewis, William P., “An evaluation of curriculum changes in
engineering graphics”, (IDATER 95) International Conference on Design and
Technology Educational Research and Curriculum Development, 1995
[14] Devon, R; Engel R.S.; Foster, RJ; Sathianathan, D;Turner G.F.W., " The effect of
solid modelling Software on 3-D visualization Skills”, Egineering Design Graphics
Journal, Vol 58 nº2, pp 4-11, 1994
[15] Sorby, Sheryl A., “ Improving the Spatial Skills of Engineering Students: Impact on
Graphics Performance and Retencion”, Engineering Graphics Design Journal, Vol 60
nº3, pp 31-36, 1999.
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