Representación Tridimensional de Objetos de Aprendizaje a través

Representación Tridimensional de Objetos de
Aprendizaje a través de Entornos Virtuales Multiusuario
Three-dimensional representation of learning objects through
multi-user virtual worlds
Fernando Fernández Fidalgo1, 2
1
Universidad Pontificia de Salamanca
Compañía 5, 37002, Salamanca, Spain
2
Second Life: Wisdom Messenger
{ hiperfifo | wisdommessenger }@gmail.com
Abstract. Learning objects make easy to share, analyze and recovery
educational resources. Metadata defines their internal structure and application
fields, among other data. It seems natural to think information’s representation
into a 3D virtual environment can simplify data understanding. This paper’s
study case analyzes tridimensional data representation of learning objects
through Second Life virtual universe.
Keywords: Learning Objects, LMS, 3D MUVE, virtual world, 3D data
visualization.
Resumen. Los objetos de aprendizaje facilitan el intercambio de recursos
educativos, el análisis y su recuperación. Los metadatos definen cual es su
estructura interna y su ámbito de aplicación, entre otros datos. Parece natural
pensar que la representación de ésta información en un entorno virtual 3D
puede simplificar su comprensión y entendimiento. El caso de estudio de este
documento analiza la representación tridimensional de los objetos de
aprendizaje dentro del universo virtual de Second Life
Palabras clave: Objetos de aprendizaje, LMS, 3D MUVE, mundo virtual,
visualización 3D de datos.
1. Introducción. Objetos de aprendizaje
El uso de las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones (en adelante
TIC) en la enseñanza y el aprendizaje es cada vez más necesario y demandado tanto
por el alumnado como por el profesorado.
Utilizando herramientas relacionadas con términos relativos a la Web 2.0 (wikis,
blogs, RSS, microformatos, etc.) podemos generar y gestionar recursos educativos de
forma eficiente y reutilizable. Así nace el término Objeto de Aprendizaje (Learning
Object, en adelante LO) como “una entidad, digital o no digital, que puede ser usada
para aprendizaje, educación o entrenamiento” [IEEE 2002].
Éste concepto está relacionado con la educación presencial y no presencial.
Cuando el alumnado es participativo en el medio físico donde se imparten los
conocimientos, éstos quedan más fácilmente plasmados en la mente de los
participantes que cuando no existe la posibilidad de la educación presencial.
Las características principales de un objeto de aprendizaje según [Chiappe 2007]
son: “una entidad digital, autocontenible y reutilizable, con un claro propósito
educativo, [...] han de tener una estructura (externa) de información que facilite su
identificación, almacenamiento y recuperación [en forma de] metadatos.”
Los metadatos se utilizan en forma de descriptores del objeto de aprendizaje,
almacenando información dividida en categorías [IEEE 2002] y relativa a su
procedencia, su idioma, los autores o el propósito del objeto en sí, entre otros datos.
A su vez, cada uno de estos elementos, nueve en total según el estándar LOMv1.0
Base Schema; se definen como la suma de otros elementos que especifiquen su
contenido: nombre, explicación (o descripción), tamaño, un ejemplo y el tipo de dato
que contemplan [IEEE 2002].
Utilizando los metadatos podemos clasificar y recuperar los objetos de aprendizaje
para ciertos perfiles de usuario y temática que se desea desarrollar o aprender; o
relacionarlos entre ellos para ampliar contenidos.
Para poder gestionar los objetos de aprendizaje se siguen cinco procesos:
“Desarrollo, Control de Calidad (SQA), Empaquetamiento, Almacenamiento en el
Repositorio de Objetos de Aprendizaje (ROA), y carga al Sistema de Gestión de
Objetos de Aprendizaje (SGOA).” [Dunia 2007]
En este documento se analiza el empaquetamiento y almacenamiento de objetos de
aprendizaje para facilitar su rápida visualización y análisis, utilizando los mundos
virtuales como repositorio de datos.
2. Gestión del Conocimiento en Entornos Virtuales. Estado del Arte
La gestión del conocimiento en el aprendizaje supone una problemática que se
puede solventar a través del uso de las TIC. Existen varios sistemas gestores del
conocimiento que permiten facilitar los procedimientos y procesos asociados a éste
problema, intentando automatizar la mayor parte de ellos.
Los Sistemas Gestores del Aprendizaje (Learning Management System, en adelante
LMS) no sólo se conciben para que simplifiquen la creación, mantenimiento y
recuperación de los documentos que se utilizarán en la actividad docente, si no que
“muy a menudo se utilizan como interfaz para comunicar a los alumnos con el
profesorado” [Kemp 2006]. Si disponemos de un repositorio online bien gestionado,
los alumnos pueden acceder a contenidos que refuercen el aprendizaje de cierta área.
También facilitan la comunicación entre docentes de la misma o distinta área
educativa, convirtiendo la enseñanza en un campo más global y accesible.
El objetivo de la visualización ágil de documentos y objetos de aprendizaje está
claro: Reducir el tiempo que se necesita y facilitar la obtención de los materiales
adecuados para impartir un contenido, tema, actividad o curso. El problema es que,
sobre todo cuando se trata de enseñanza no presencial, los LMS ofrecen un aspecto
poco cercano al alumno y separan la relación entre profesores y alumnos.
2.1 Entornos virtuales de aprendizaje
Un entorno o mundo virtual se define como “entorno tridimensional que emula el
mundo real en un sistema de realidad virtual. Las tecnologías aplicadas permiten al
usuario establecer una relación interactiva con dicho mundo virtual” [JCyL 2008]. Si
el entorno permite la conexión de gran cantidad de usuarios de forma simultánea se
califica como Entorno Virtual MultiUsuario (Multi-User Virtual Environment, en
adelante MUVE).
Gran cantidad de MUVEs están orientados a la Web, de forma que los usuarios
pueden interactuar entre ellos y con los recursos disponibles tanto específicamente en
el entorno virtual como con otros contenidos online accesibles desde Internet.
Permitiendo visualizar imágenes, videos en streaming, presentaciones de diapositivas
o documentos textuales en distinto formato. Ambas plataformas ofrecen distintas
capacidades.
Conectar los sistemas LMS con los entornos MUVE ofrece a los profesores y
alumnos nuevas oportunidades para interactuar con la Web y con los materiales
docentes.
Así como los LMS no eliminan la Web como gran repositorio de información, no
contemplo la posibilidad de utilizar los MUVEs sin la ayuda de un LMS que facilite
la gestión de los contenidos docentes.
La fusión de un LMS con un MUVE se puede denotar como Entorno Virtual de
Aprendizaje (Virtual Learning Enviroment, en adelante VLE).
Se trata de unir las capacidades de ambos sistemas, facilitando la integración de
objetos de aprendizaje en el entorno virtual y viceversa; y permitiendo acceder desde
ambos entornos al repositorio del sistema gestor del conocimiento que estemos
utilizando.
Este concepto se vuelve más potente cuando utilizamos un MUVE que permita la
creación interactiva de objetos tridimensionales de forma persistente. Es decir, que el
propio entorno virtual facilite la creación de objetos y la asociación de capacidades a
éstos para crear nuevos elementos interactivos. Normalmente se utiliza algún lenguaje
de programación o de scripting para la generación de capacidades y algún editor de
imágenes tridimensionales para poder generar el aspecto o forma que tendrá el objeto
en sí.
2.2 Universidades virtuales
Comienzan a ser muchas las Universidades de todo el planeta que participan en las
comunidades virtuales. En unos casos usan los MUVEs más conocidos, en otros casos
crean los suyos propios. Por ejemplo el profesor de física Anthony Crider de la Elon
University creó un telescopio virtual [Crider 2006], dentro de SL, con el mismo
funcionamiento que el telescopio que sus alumnos utilizarían en las clases prácticas,
consiguiendo que experimentaran y se enfrentasen al problema con un grado mayor
de preparación que en cursos anteriores. O la Universidad de Hardvard, que invita a
todos los docentes y alumnos; entre sexto y noveno grado a unirse a la herramienta de
aprendizaje colaborativo Hardvard’s River City MUVE, para estudiar la transmisión
de enfermedades y otros procesos científicos [Nelson 2007].
3. Second Life como entorno de aprendizaje virtual
Second Life es un MUVE 3D persistente creado por la empresa Linden Labs y
editado por sus residentes [Linden 2007]. Los usuarios acceden a él utilizando un
programa cliente y especificando cuál será su representación en este mundo virtual o
avatar. Cualquier avatar puede crear objetos en 3D, a los que asociar imágenes u otros
contenidos y añadir comportamientos predefinidos o nuevos, programados a través
del lenguaje de programación LSL (Linden Scripting Language) [Linden 2008].
Los avatares residen en distintas simulaciones o sims interconectadas; que no son
más que bastas representaciones de espacios tridimensionales, como una pradera, un
castillo, una universidad, una nave espacial o una discoteca.
SL dispone de varias herramientas que nos permiten comunicarnos con otros
usuarios a través de chats de voz IP o escritos, ya sea por grupos, a nivel personal o
hacia todo el mundo que pueda oírlo, según la distancia a la que estén de nuestro
avatar.
Los residentes de este MUVE pueden crear cualquier elemento imaginable
aprovechándose de las capacidades comunicativas, colaborativas, y de diseño que
ofrece. Todo usuario que cree contenido adquiere sus derechos de explotación.
Pudiendo venderlo en el propio entorno por la moneda que allí se usa, el dólar Linden,
(L$). Luego, éste dinero se puede convertir en dinero del mundo real, transfiriéndose
a dólares americanos (US$), o a euros (€); creándose un mercado de compra venta
que permite variar la relación de las divisas.
Al poder construir cualquier elemento e interactuar en un entorno 3D con otros
usuarios, es posible crear escuelas o universidades completas en las que se impartan
clases o se den conferencias y charlas. También podemos generar herramientas
específicas que permita a los usuarios, o a nuestros alumnos, experimentar con
conceptos y mejorar por el proceso de ‘learning by example’ o aprendizaje a través de
ejemplos [Diane 2007].
4. Caso de estudio: La representación tridimensional de la
información en Second Life reduce el tiempo de análisis de los LO
En el MUVE Second Life podemos construir todo aquello que imaginemos o
necesitemos. Actualmente dispone de un sistema para navegar con nuestro avatar por
los contenidos que ya existen, lo que le permite andar por el suelo, volar por los aires
o teletransportarse por el ciberespacio de Second Life. Y es que los MUVEs “ofrecen
un gran potencial para facilitar la exploración de grandes volúmenes de información,
sacando partido de las capacidades naturales humanas para interpretar modelos
espaciales” [Pérez 2001]. La información es más sencilla de comprender cuando
disponemos de un modelo tridimensional que nos permita visualizarla en su
globalidad para más tarde concretar nuestra búsqueda.
Representar un conjunto bien definido de información utilizando una
representación gráfica tridimensional es un concepto trabajado con anterioridad. De
hecho, son muchos los sistemas que se han propuesto y creado alrededor de este tema
[Young 1996].
Figura 1. Ejemplos de representación de información en 3D [Young 1996]
La concepción y contextualización de los objetos de aprendizaje en VLE
tridimensionales refuerza la propia definición de LO y “facilitará la construcción,
acceso compartido y manipulación remota de objetos de aprendizaje que incluyen
contenidos gráficos tridimensionales” [Paredes 2008].
4.1 Knowedge Tree
Para agrupar y relacionar varios LO propongo una estructura jerárquica de árbol,
donde cada nodo puede ser también un árbol jerárquico [Young 1996]. Es necesario
aclarar que aunque la información está más relacionada en estructura de grafo que de
árbol, esta última facilita la comprensión de la información.
A continuación definiré el concepto de Árbol de Conocimiento (Knowedge Tree, en
adelante KT) utilizando las capacidades de edición y visualización que ofrece Second
Life respecto a la estructura y los metadatos de los objetos de aprendizaje.
Un árbol, en la naturaleza, está formado por ramas, raíces, hojas y frutos. Las
ramas, si se transplantan, se comportan como nuevos árboles. Las raíces son previas
al árbol y le son fundamentales para nutrirse, y las hojas y frutos son la terminación
de las ramas.
Siguiendo esta metáfora, un KT está formado a su vez por varios KT (ramas) y
apoyado en conceptos que sostienen su definición y estructura (raíces). El conjunto de
informaciones que poseemos tras haber utilizado un KT serán la conclusión que
obtengamos (fruto). En definitiva, un KT es la representación tridimensional de un
LO relacionado con otros LO.
Además, al utilizar SL, la tarea de reutilización será más sencilla, siempre y cuando
demos los permisos adecuados al objeto y a sus contenidos. Cualquier objeto en SL
puede contener otros objetos, documentos, imágenes, notas, enlaces a la Web o a otras
localizaciones de SL, y se puede interactuar con él haciendo un simple clic con el
ratón.
Por último y para acabar la definición de Knowedge Tree a partir de la metáfora
inicial, cabe destacar que la característica más importante es cómo relacionan los
datos definidos en los metadatos del LO con aspectos físicos del árbol; que se pueden
analizar en muy poco tiempo.
4.2 Ejemplo: Android Knowedge Tree
En el ejemplo que se verá a continuación se relacionan la longitud, el grosor y el
color de un objeto 3D con la extensión, la dificultad y la categoría de los metadatos
del LO de ejemplo respectivamente, tal y como muestra la figura 2. También se
podría utilizar la iluminación y la transparencia del objeto para asociarlos a otros
metadatos.
• La longitud de la rama indica la extensión o tamaño relativo con respecto
a otras ramas. Las ramas más largas se corresponderán con los contenidos
más amplios.
• El grosor de una rama ofrece información sobre la dificultad relativa de
los contenidos de esa rama; siendo más complejos los conceptos, cuanto
más ancha es la rama.
• El color relaciona una rama con la categoría de sus contenidos. Por
ejemplo, en la figura 4 se utiliza el color amarillo y el verde para
diferenciar entre contenidos prácticos y teóricos.
Cada una las ramas del árbol contiene los recursos necesarios para ayudar a
comprender el área que tratan.
Figura 2: Relación entre metadatos de un LO y el aspecto físico de la rama de un KT
La reutilización se consigue al agrupar las ramas con otras que no pertenezcan a
éste árbol, y permite que se amplíe la información que contiene, añadiendo nuevos
elementos al interior de alguna de las ramas. También permite incrementar la
extensión del árbol, añadiendo ramas que no posee. Si queremos agregar información
relevante que consista en conocimientos previos del tema que abarca el árbol,
podremos hacerlo añadiéndole raíces en forma de ramas agrupadas en la base.
La generación dentro de SL de este objeto se puede automatizar proveyendo los
metadatas de cada uno de los LO. Después, con un sencillo fichero de texto se
configura el script [Linden 2008] que, al ejecutarse, modificará el aspecto físico de
cada rama del KT.
En este caso se ha tomado un trabajo sobre la máquina virtual Android [Fidalgo
2008a], para dispositivos móviles. A continuación se podrá ver cómo de un vistazo se
extrae más información que con el documento original. Además, los contenidos
extraídos del árbol son más ricos que los que posee el simple documento que, a pesar
de estar bien referenciado y apoyado en imágenes, no es capaz de asociar elementos
interactivos multimedia.
Anteriormente, la estructura del documento estaba definida utilizando un índice y
los metadatos correspondientes se encontraban en las propiedades del fichero.
Reuniendo la información extraída, tanto del índice como de las peculiaridades de
cada apartado, y tras haber leído el documento por completo, no antes, se obtiene la
figura 3.
Tema
Extensión
Dificultad
Categoría
Android
Historia
Características
Arquitectura del kernel
Hola Android
Hola Android con XML
media
larga
media
media
poca
media
baja
baja
media
alta
media
alta
introductoria
divulgativa
teórica
teórica
práctica
práctica
Figura 3: Índice categorizado del trabajo sobre Android
Como muestra la figura 4, analizar toda esta información a través de un KT con las
especificaciones que hemos dado es mucho más rápido y sencillo. Se puede saber qué
áreas del tema pueden presentar mayor dificultad, cuáles son las más extensas y qué
temática trata cada una de ellas.
En la figura 4 se han relacionado los colores de la siguiente forma: rojo para la
información básica y que introduce el tema; azul para los contenidos divulgativos y de
un nivel técnico bajo; amarillo para la información teórica; y verde para los casos de
ejemplo práctico.
Cabe destacar que dentro de cada rama o del KT en su totalidad, se pueden ampliar
los contenidos utilizando otros objetos interactivos multimedia de SL, enlaces a
localizaciones específicas de SL o enlaces a sitios Web que amplíen la información.
De forma automática esta información se puede analizar a través de los metadatos
de cada rama del KT, por lo que no nos cerramos a su tratamiento programático.
Figura 4: Knowedge Tree sobre Android: Lo más complejo son la teoría sobre la‘Arquitectura
del Kernel’ y la práctica de ‘XML Hello World’. Lo más extenso es la ‘Historia’
Parece mucho más natural y ágil encontrar la información estructurada en
elementos tridimensionales, ya que de un sólo vistazo se puede conocer cómo está
estructurado un documento, qué secciones abarca y qué áreas son más extensas o
complejas.
Si se quieren abarcar temáticas más complejas y/o relacionadas con más LO, sólo
se tienen que añadir ramas al árbol, o a las propias ramas según como se relacionen
los contenidos. Además, se pueden enlazar dos árboles colocando uno como rama (o
raíz) de otro árbol o en el interior de una rama, formando parte de su contenido.
5. Conclusiones y Trabajo Futuro
Para concluir es necesario destacar que los objetos de aprendizaje son herramientas
adaptadas para favorecer el intercambio de recursos en ámbitos educativos. Es muy
significativo el hecho que en los últimos años distintas instituciones investigadoras
hayan generado una amplia documentación acerca de los recursos en ámbitos
educativos y su relación con los LMS.
Por otra parte, la mezcla de las capacidades de los LMS, los LO y los MUVE 3D
[Paredes 2008] parece que favorece la rápida comprensión de los contenidos de un
LO, su propósito y naturaleza; simplificando la tarea de análisis.
Por último es necesario aclarar que los objetivos futuros de éste trabajo de
investigación son: el estudio de distintas técnicas de automatización de otros patrones
para la representación 3D de LO, su integración con otros MUVE 3D de ámbito open
source [Fidalgo 2008b] y la integración con los LMS más interesantes, partiendo de
Sloodle [Kemp 2006], debido a que está actualmente funcionando en Second Life
[Linden 2007].
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