Rediseño y Validación de niveles de un curso intensivo de mejora de habilidades espaciales....

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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, [email protected]

(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


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



curvas

NIVEL A


3x3x3 con sus caras paralelas a los

planos coordenados

NIVEL B



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



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

[1] Saorín, JL., Martín-Dorta, N., Martín, J., Navarro, R. & Contero, M. (2009). La

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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