diseño de un prototipo de simulación para la interacción en un

DISEÑO DE UN PROTOTIPO DE SIMULACIÓN PARA LA INTERACCIÓN EN UN
ENTORNO DE APRENDIZAJE TRIDIMENSIONAL
CINDY ALEJANDRA FLÓREZ LLANOS
CÓD.: 20092020027
NELSON JAVIER CRISTANCHO SASTOQUE
CÓD.: 20092020099
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA DE SISTEMAS
BOGOTÁ
2015
DISEÑO DE UN PROTOTIPO DE SIMULACIÓN PARA LA INTERACCIÓN EN UN
ENTORNO DE APRENDIZAJE TRIDIMENSIONAL
CINDY ALEJANDRA FLÓREZ LLANOS
NELSON JAVIER CRISTANCHO SASTOQUE
Anteproyecto de grado modalidad investigación
Director
JULIO BARÓN VELANDIA
Ingeniero de Sistemas
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA DE SISTEMAS
BOGOTÁ
2015
ii
Nota de aceptación
_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________
Director
_____________________________________
Jurado
Bogotá, 05 de Julio de 2015
iii
Agradezco a Dios por brindarme la oportunidad de estudiar esta carrera, por
darme la fortaleza y sabiduría necesaria para seguir adelante.
A mis padres Luz Marina Llanos Pabon y Ambrosio Flórez Rojas por su apoyo
incondicional, por acompañarme en los momentos de alegría y tristeza.
A mi hermana Irley Lorena Flórez Llanos por brindarme su cariño y apoyo y
además por ser para mí un motivo por el cual luchar.
A toda mi familia y amigos por creer en mí y brindarme una sonrisa en los
momentos de tristeza.
Cindy Alejandra Florez Llanos
iv
Agradezco a Dios por darme la sabiduría y fortaleza para no decaer en los
momentos difíciles.
A mis padres Gilma Sastoque y Francisco Javier Cristancho, por su apoyo,
consejos, motivación y comprensión para finalizar con éxito éste proyecto.
A mi hermana Paola Andrea Cristancho Sastoque por brindarme su cariño y
apoyo.
Nelson Javier Cristancho Sastoque
v
AGRADECIMIENTOS
A Directivos, docentes y demás funcionarios de la UNIVERSIDAD DISTRITAL
FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS, por brindar las herramientas necesarias para el
desarrollo este proyecto de grado.
Al Doctor JULIO BARON VELANDIA, director del presente trabajo de grado, por
brindar sus conocimientos y por su guía en el desarrollo, estructuración y corrección
de este proyecto.
Al Magister ALEJANDRO PAOLO DAZA CORREDOR, por su apoyo y colaboración
en la corrección del presente trabajo.
Al Doctor SANDRO JAVIER BOLAÑOS CASTRO, por brindar sus conocimientos, y
colaboración durante el proyecto.
vi
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 1
2. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA ................................................................ 2
2.1.
DESCRIPCIÓN ........................................................................................... 2
2.2.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................ 3
3. OBJETIVOS ...................................................................................................... 4
3.1.
OBJETIVO GENERAL ................................................................................ 4
3.2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................... 4
4. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 5
5. ALCANCE Y LIMITACIONES......................................................................... 7
5.1.
ALCANCE ................................................................................................... 7
5.2.
LIMITACIONES .......................................................................................... 8
6. MARCO REFERENCIAL .................................................................................. 9
6.1.
MARCO HISTÓRICO.................................................................................. 9
6.2.
MARCO CONCEPTUAL ........................................................................... 11
6.3.
OPEN UP.................................................................................................. 16
6.4.
APLICACIONES WEB .............................................................................. 17
6.5.
TRABAJOS ACTUALES ........................................................................... 19
6.6.
OBJETOS DE APRENDIZAJE ................................................................. 20
7. METODOLOGÍA ............................................................................................. 22
7.1.
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................ 22
7.1.1.
Tipo de estudio metodológico ............................................................ 23
vii
7.2.
TÉCNICA METODOLÓGICA .................................................................... 24
8. ANÁLISIS, DISEÑO Y DESARROLLO........................................................... 27
8.1.
ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS .......................................................... 28
8.1.1.
Requerimientos funcionales ............................................................... 31
8.1.2.
Requerimientos no funcionales .......................................................... 36
8.2.
ANÁLISIS Y DISEÑO................................................................................ 38
8.2.1.
Actores del sistema ............................................................................ 39
Actores principales: ..................................................................... 39
Actor secundario: ......................................................................... 39
8.2.2.
Casos de uso ..................................................................................... 40
Priorización y Complejidad de Casos de Uso .............................. 41
Descripción de casos de uso ....................................................... 46
8.2.3.
Diagramas de Casos de uso .............................................................. 51
8.2.4.
Diagramas de Secuencia ................................................................... 54
8.2.5.
Diagramas de Estado ......................................................................... 60
8.2.6.
Componentes ..................................................................................... 61
8.2.7.
Interfaz de usuario.............................................................................. 62
9. ARQUITECTURA ............................................................................................ 65
9.1.
CAPA DE NEGOCIO ................................................................................ 67
9.1.1.
Punto de vista de Organización ......................................................... 67
9.1.2.
Punto de vista de Cooperación de Actor ............................................ 68
9.1.3.
Punto de vista de Función de Negocio ............................................... 69
9.1.4.
Punto de vista de Proceso de Negocio .............................................. 70
9.1.5.
Punto de vista de Cooperación de Proceso de Negocio .................... 72
9.1.6.
Punto de vista de Producto ................................................................ 73
9.2.
CAPA DE APLICACIÓN ........................................................................... 74
9.2.1.
Punto de vista de Comportamiento de Aplicación .............................. 74
9.2.2.
Punto de vista de Cooperación de Aplicación .................................... 75
viii
9.2.3.
Punto de vista de Estructura de Aplicación ........................................ 76
9.2.4.
Punto de vista de Uso de Aplicación .................................................. 77
9.3.
CAPA DE INFRAESTRUCTURA .............................................................. 78
9.3.1.
Punto de vista de Infraestructura ....................................................... 78
9.3.2.
Punto de vista de Uso de Infraestructura ........................................... 79
9.3.3.
Punto de vista de Organización e Implementación ............................ 80
9.3.4.
Punto de vista de Estructura de Información ...................................... 80
9.3.5.
Punto de vista de Realización del Servicio ......................................... 82
10.
CONCLUSIONES ........................................................................................ 84
11.
TRABAJOS FUTUROS ............................................................................... 85
12.
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 86
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 6.1: Capas de OpenUP, micro-incrementos, ciclo de vida de iteración y ciclo
de vida del proyecto. .............................................................................................. 16
Figura 7.1: Hitos – Simulación interactiva .............................................................. 25
Figura 8.1: Actores del sistema.............................................................................. 40
Figura 8.2 Diagrama de caso de uso primario; contiene los casos de uso
principales del entorno de aprendizaje y los actores que participan en este. ........ 47
Figura 8.3: Clasificación de los casos de uso, actores y modelos. ........................ 52
Figura 8.4: Diagrama de caso de uso Listar experimentos. ................................... 52
Figura 8.5: Diagrama de caso uso Desplazar en el entorno. ................................. 53
Figura 8.6: Diagrama de caso de uso Experimentar. ............................................. 53
Figura 8.7: Diagrama de caso de uso Representar en el entorno.......................... 54
Figura 8.8: Diagrama de secuencia - Experimentar Caída Libre ........................... 56
Figura 8.9: Diagrama de secuencia - Experimentar Movimiento Parabólico. ......... 57
Figura 8.10: Diagrama de secuencia - Experimentar Péndulo Simple. .................. 58
Figura 8.11: Diagrama de secuencia general ........................................................ 59
Figura 8.12: Diagrama de estado general. ............................................................. 60
Figura 8.13: Diagrama de componentes ................................................................ 61
Figura 8.14: Modelo1 de interfaz del inicio del prototipo. ....................................... 63
Figura 8.15: Modelo2 de interfaz de los experimentos. ......................................... 64
Figura 9.1: Diagrama Introductorio de la Arquitectura del proyecto ....................... 66
Figura 9.2: Punto de vista de organización. ........................................................... 67
Figura 9.3: Punto de vista de cooperación de actor. .............................................. 68
x
Figura 9.4: Punto de vista de función de negocio. ................................................. 69
Figura 9.5: Punto de vista de proceso de negocio - réplica de objetos en 3D. ...... 70
Figura 9.6: Punto de vista de proceso de negocio – apoyo a los procesos de
enseñanza. ............................................................................................................ 71
Figura 9.7: Punto de vista de cooperación de proceso de negocio........................ 72
Figura 9.8: Punto de vista de producto. ................................................................. 73
Figura 9.9: Punto de vista de comportamiento de aplicación. ................................ 74
Figura 9.10: Punto de vista de cooperación de aplicación. .................................... 75
Figura 9.11: Punto de vista de estructura de aplicación. ....................................... 76
Figura 9.12: Punto de vista de uso de aplicación................................................... 77
Figura 9.13: Punto de vista de infraestructura. ...................................................... 78
Figura 9.14: Punto de vista de uso de infraestructura............................................ 79
Figura 9.15: Punto de vista de organización e implementación. ............................ 80
Figura 9.16: Punto de vista estructura de información. .......................................... 81
Figura 9.17: Punto de vista de realización del servicio. ......................................... 82
Figura 9.18: Punto de vista de capas..................................................................... 83
xi
LISTA DE TABLAS
Tabla 8.1: Requerimientos del sistema .................................................................. 29
Tabla 8.2: Rangos y categorías establecidas para la prioridad de los RF. ............ 32
Tabla 8.3: Rangos y categorías establecidas para la dependencia de los RF. ...... 32
Tabla 8.4: Matriz de dependencia Requerimientos Vs Requerimientos. ................ 33
Tabla 8.5: Requerimientos funcionales del sistema. .............................................. 34
Tabla 8.6: Requerimientos no Funcionales ............................................................ 37
Tabla 8.7 Rangos y categorías establecidas para la prioridad de los CU. ............. 42
Tabla 8.8: Rangos y categorías establecidas para la cobertura de los CU. ........... 42
Tabla 8.9: Rangos y categorías establecidas para la dependencia de CU. ........... 42
Tabla 8.10: Matriz de Casos de uso Vs Casos de uso ......................................... 43
Tabla 8.11: Matriz de Casos de uso Vs Requerimientos Funcionales ................... 44
Tabla 8.12: Listado de casos de uso de modelo de negocio ................................. 45
Tabla 8.13: Listado de casos de uso principales ................................................... 46
Tabla 8.14: Descripción del CUP01 – Listar Experimentos ................................... 48
Tabla 8.15: Descripción del CUP02 – Desplazar en el Entorno ............................. 48
Tabla 8.16: Descripción del CUP03 – Representar en el entorno ......................... 49
Tabla 8.17: Descripción del CUP04 – Experimentar .............................................. 50
xii
1. INTRODUCCIÓN
El uso de la tecnología como apoyo a los procesos educativos ha tomado
gran importancia, aprovechando el uso extendido de herramientas como internet,
se ha orientado una gran cantidad aplicaciones web que disponen de
funcionalidades para complementar el trabajo elaborado en el aula de clase. Estas
herramientas proporcionan ventajas a los procesos de educación convencionales,
tales como: estar sujetos a un tiempo o un espacio predeterminado, disponer de
los materiales y recursos necesarios para el desarrollo de laboratorios, asumir
riesgos que pueden dañar la integridad de una persona, entre otras.
El presente documento describe una herramienta de apoyo a los procesos
enseñanza, proporcionando un espacio virtual que cuenta con artefactos necesarios
para el desarrollo de experimentos y con información relacionada en un espacio
tridimensional, así mismo, mediante la inmersión los estudiantes pueden obtener
una experiencia más agradable. La herramienta desarrollada que se describe en
este documento a manera de objeto de aprendizaje, combina una colección de
contenidos ofreciendo facilidades de aprendizaje, esta clase de recurso educativo
tiene conceptos relacionados que se abordan desde distintos ángulos, teniendo en
cuenta sus funciones, objetos y procesos, entre otros, desde la parte de aplicación
tomando la lógica del negocio y todo el ambiente que le rodea.
1
2. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA
2.1.
DESCRIPCIÓN
A medida que pasa el tiempo el desarrollo tecnológico es cada vez mayor, es
importante aprovechar las ventajas que proporcionan estos medios como
herramientas de apoyo al aprendizaje, de manera que los procesos de enseñanza
tengan un complemento, con el cual, resulte divertido aprender. Como ejemplo se
puede tomar el desarrollo que les da a sus clases el profesor de física del MIT;
Walter Lewin (MIT, 2015), quien usa la interacción con distintos elementos que tiene
en el aula de clase para explicar diferentes fenómenos de la física, logrando enfocar
la atención de los estudiantes con el fin de llevar a la práctica los modelos
matemáticos que se presentan, facilitando que la información quede mucho más
integrada para el estudiante.
Proponer que todos los salones de clase cuenten con esa gran variedad de
elementos sería muy costoso y difícil de mantener, además existen casos en donde
realizar cierto tipo de experimentos pueden poner en riesgo la salud o integridad
física de las personas, como; usar materiales pesados que puedan causar lesiones,
o trabajar en ambientes con los cuales el cuerpo humano no está familiarizado
(fuerzas gravitacionales diferentes a la de la tierra). No es recomendable que este
tipo de elementos utilizados en el desarrollo de los fenómenos, se encuentren en el
salón de clase, por lo tanto es necesario desplazarse a otro contexto, donde se
tengan las debidas medidas de seguridad, limitando la interacción con estos objetos
inseguros. Es preciso resaltar que la parte experimental en la explicación de
fenómenos es de gran importancia para el proceso de aprendizaje, ya que gracias
a esta experimentación el estudiante mejora su apropiación de conocimientos,
logrando que el concepto del fenómeno tenga un mayor entendimiento debido a la
2
interacción de los elementos y la descripción de los mismos, para luego ser
desarrollados con su respectiva formulación matemática.
En un contexto real de aula de clases, al realizar un experimento y después
aumentar su nivel de complejidad, es necesario volver a estructurar el escenario del
experimento y enfocarlo de forma diferente de manera gradual, lo que implica un
gasto innecesario de recursos y tiempo, a diferencia de este, en una ambiente virtual
de aula de clases no se tiene la necesidad de reestructurar los escenarios ni reiniciar
los experimentos.
2.2.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cómo facilitar mediante tecnologías de información la simulación de
fenómenos físicos, de manera que el estudiante pueda interactuar a diferentes
niveles de complejidad, de acuerdo a las intenciones en un programa de formación?
3
3. OBJETIVOS
3.1.
OBJETIVO GENERAL
Diseñar un prototipo de simulación en un entorno de aprendizaje, que permita
realizar experiencias interactivas para los estudiantes con el fin de complementar
los procesos de enseñanza actuales.
3.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Establecer las características que debe tener un espacio digital, que facilite
el proceso de enseñanza y permita la interacción.

Modelar el escenario en un espacio tridimensional a modo de aula de clases,
con elementos que permitan la interacción con el estudiante

Realizar un prototipo, proponiendo pautas que permitan la interacción con el
usuario y la visualización de los procesos que se llevan a cabo a nivel
computacional en los módulos que se ejecutan en el servidor.

Establecer un conjunto de escenarios en donde se representen diferentes
fenómenos físicos, que permitan verificar la funcionalidad del prototipo
propuesto, desde el punto de vista de la interactividad que se debe llevar a
cabo entre el entorno de aprendizaje y el estudiante.
4
4. JUSTIFICACIÓN
Este proyecto se va a llevar a cabo con el propósito inicial de plasmar algunas
características de la misión del área de investigación de la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas, que como objetivo misional plantea “promover y
socializar la investigación mediante políticas tendientes al desarrollo y consolidación
de esta actividad”, además de contar con el objetivo fundamental de “fomentar y
divulgar los proyectos de investigación y las actividades derivadas de tales
procesos”. (UDFJC, 2014)
Con este proyecto se busca visibilizar y retribuir a la sociedad mediante el
desarrollo de un prototipo, aplicando conocimientos adquiridos durante la carrera de
ingeniería de sistemas, que permita a la comunidad en general poder aprovechar
todo este conocimiento y difundirlo.
En otros contextos donde se ha utilizado la tecnología como apoyo a la
enseñanza de los estudiantes se ha facilitado la automatización y los métodos de
aprendizaje, por este motivo se quiere brindar una herramienta que no solo facilite
los procesos que llevan a cabo los estudiantes cuando están aprendiendo un tema
específico mediante la visualización de diferentes tipos de simulaciones1
relacionadas con el tema, sino también que estos procesos sean realmente seguros,
reduciendo los riesgos que puedan presentar cuando una persona está
aprendiendo, teniendo en cuenta que se ofrece la posibilidad de experimentar
fenómenos en un ambiente controlado. Además esta herramienta permite que los
estudiantes puedan hacer prácticas de manera creciente en complejidad.
1
Hoy, los simuladores se han convertido en una herramienta formativa indispensable. Permiten
trabajar con situaciones muy cercanas a la realidad. Ante múltiples incidencias y averías, habituales
u ocasionales, el alumno obtiene durante el periodo de formación el conocimiento y habilidades
necesarias para desempeñar su trabajo.
5
Haciendo uso de un modelo incremental es posible pasar de procesos
simples e ir aumentando su complejidad dependiendo del nivel de aprendizaje que
presente el estudiante, resaltando la importancia de contextualizar el fenómeno
desde sus inicios, ya que independientemente de que se vayan agregando
elementos para que el estudiante adquiera conocimientos de manera creciente,
estos estarán ubicados en el contexto de la simulación, con el fin de que el
estudiante quiera interactuar con ellos en la medida en que los va descubriendo.
Con base en los niveles de interactividad que se quiere presentar en la
simulación, el profesor puede definir un conjunto de experimentos que le permitan
de manera gradual, presentar los temas de acuerdo a su intencionalidad en un
curso.
6
5. ALCANCE Y LIMITACIONES
5.1.
ALCANCE
En este proyecto se pretende desarrollar un prototipo de simulación
interactiva, diseñado con herramientas tridimensionales, focalizando la atención en
experimentos de física (Caída Libre, Péndulo Simple y Movimiento Parabólico),
desarrollados en un ambiente Web, permitiendo que mediante el uso de un
navegador se pueda tener acceso a este entorno de aprendizaje.
El prototipo contará con dos módulos que son; Modulo servidor, encargado
de escuchar las peticiones del cliente y procesarlas de acuerdo a las leyes de la
física, y el Modulo cliente, encargado de interpretar y representar de manera gráfica
los elementos procesados mediante el servidor.
Cada uno de los experimentos mencionados anteriormente contará con su
respectivo escenario y características interactivas las cuales están asociadas al tipo
de fenómeno que puede ser:
Caída libre

Altura.

Gravedad.

Tamaño del objeto.
Péndulo simple

Longitud de la cuerda.

Gravedad.

Altura.

Tamaño del objeto.
7
Movimiento parabólico

Dimensiones de la rampla.

Gravedad.

Tamaño del objeto.
5.2.
LIMITACIONES
Considerando que se realizará un prototipo con interfaz intuitiva para facilitar
la interacción entre el usuario y la herramienta que representa la lógica de los
experimentos, la documentación hará énfasis en los aspectos metodológicos más
que en la documentación de usuario final.
Dado que la calidad de las imágenes y los movimientos depende del motor
de renderizado se hará énfasis en la visualización para los navegadores Mozilla
Firefox y Google Chrome, ya que sus componentes permiten un buen despliegue
del prototipo y proporcionan un nivel adecuado de experiencia del usuario.
El prototipo operará sobre los protocolos de internet, sin embargo no estará
disponible a través de la Web pública, debido a los requerimientos de
infraestructura, para lo cual se establecerá un entorno equivalente en
requerimientos de operación para verificar el cumplimiento de las funcionalidades
de cada uno de los experimentos propuestos.
Teniendo en cuenta la exigencia de los requerimientos de procesamiento
concurrente y ancho de banda, se aplicarán pruebas de funcionalidad con un
número controlado de usuarios.
8
6. MARCO REFERENCIAL
6.1.
MARCO HISTÓRICO
La simulación tiene sus inicios hace mucho tiempo, en una época donde la
idea de diseñar modelos mediante herramientas tecnológicas como un computador,
simplemente no era imaginable. Para comenzar a hablar acerca de la simulación,
es necesario nombrar el modelo matemático llamado "La aguja de Buffon", esté
experimento es planteado por el naturalista Francés Georges Luis Leclerc, Conde
de Buffon, el experimento es un problema de probabilidad geométrica, que se basa
en el interés de descubrir la probabilidad en que una aguja cruce alguna de las dos
líneas que están separadas a una distancia t, con esto se logra ir aproximando el
valor del número Pi a partir de sucesivos intentos. Este experimento fue mejorado y
corregido tiempo después en 1812 por el físico-matemático, Pierre-Simon Laplace.
(Brodie, 1999)
La primera aplicación industrial en la que tuvo sentido el uso de las
simulaciones, se presentó con el experimento realizado por el famoso estadístico
William Sealy Gosset (Al que fue conocido por su seudónimo "student"),
sus
primeros estudios se basaron y aplicaron en el tratamiento que se le daba a la
cebada en la destilería del célebre cervecero irlandés Sir Arthur Guinness, quien por
políticas de la empresa estableció normativas que prohibían a sus empleados la
publicación de artículos independientes, en donde se nombrara de forma alguna
información confidencial acerca de los métodos establecidos en sus procesos de
producción. Estos estudios industriales abrieron las puertas a un futuro donde la
simulación es aplicada al campo de procesos de control industrial basados en la
experimentación y el análisis para el descubrimiento de soluciones a problemas
ingenieriles. (Swlearning, 2003)
9
A principios de 1940 con la aparición de los computadores, el uso de la
simulación dio un paso gigante para su desarrollo y evolución, sin duda un gran
represéntate de este progreso tecnológico fue John Von Neumann, un matemático
húngaro-estadounidense que con la ayuda de otros científicos, usaron el método de
Montecarlo para la solución de problemas de difusión en neutrones en el diseño y
desarrollo de la bomba de hidrogeno.
Uno de los primeros programas computarizados de simulación, fue creado
en 1960 por Keith Douglas Tocher, el cual marcó un hito en la historia de la
simulación, este programa consistía en replicar/simular el funcionamiento de una
planta de producción, donde las maquinas tenían características cíclicas, las cuales
pasaban de uno de estos cuatro estados (Ocupado, Esperando, No disponible o
Fallo) según su comportamiento lo indicara, este proceso simulaba los cambios de
estado que las maquinas podían presentar marcando el estado definitivo de la
producción
de
la
planta,
como
resultado
de
todos
estos
estudios
y
experimentaciones se generó el primer libro sobre simulación: The Art of Simulation
(1963).
El desarrollo de nuevas tecnologías y técnicas de estudio basadas en la
simulación ayudó al progreso ingenieril y científico, a mediados de 1960 el gigante
tecnológico IBM, desarrolló el General Purpose Simulation System (GPSS), el cual,
es un lenguaje de programación de propósito general de simulación a tiempo
discreto, diseñado en principio para realizar simulaciones de teleprocesos (control
de tráfico, llamadas telefónicas, reservas, etc.), lo cual generó un sistema con un
alto grado de simplicidad, lo que lo popularizó, y a si mismo difundió los beneficios
que traería el uso de la simulación en tareas comunes. Sin embargo, los avances
que trajo la inmersión de gigantes tecnológicos como IBM en el campo de la
simulación no pararon ahí, por esta misma época el Royal Norwegian Computing
Center creó uno de los más importantes lenguajes de programación (para la
simulación), llamado SIMULA I. (Rubinstein & Melamed, 1998)
10
6.2.
MARCO CONCEPTUAL
 Movimiento

“El movimiento no es otra cosa que el desplazamiento del hombre en el
tiempo y espacio, este es necesario para la supervivencia del ser humano,
esto le ayuda a funcionar, relacionarse y reaccionar eficiente y eficazmente
a su alrededor.” (Bolaños, 2006)

“El movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de
posición que experimentan los cuerpos en el espacio, con respecto al tiempo
y a un punto de referencia, variando la distancia de dicho cuerpo con respecto
a ese punto o sistema de referencia, describiendo una trayectoria. Para
producir movimiento es necesaria una intensidad de interacción o
intercambio de energía que sobrepase un determinado umbral.” (Galeon.com
hispavista, 2014)

“Física: Desplazamiento de un cuerpo en el espacio, respecto de un sistema
de referencia determinado. El estudio del movimiento independientemente
de las causas que lo producen es el objeto de la cinemática; la dinámica, en
cambio, estudia el movimiento en relación con las fuerzas que lo modifican.”
(Gran Enciclopedia Hispánica, 2012)
 Simulación

"Se define como la capacidad creativa del hombre para diseñar o desarrollar
modelos de sistemas reales y en lo posible estar unida en experimentación
al mismo sistema." (Uparella, 2013)
11

"Simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a
cabo experiencias con él, con la finalidad de aprender el comportamiento del
sistema o de evaluar diversas estrategias para el funcionamiento del
sistema." (Shannon, 1988)
 Interactividad: “La interactividad consiste en una nueva forma de relación,
ofrecida por las nuevas tecnologías de la comunicación, que permite al usuario
incidir de forma directa en el contenido de los mensajes que recibe. En la
Informática se define como la posibilidad de interaccionar de manera activa con
el programa o con la aplicación que se está empleando. En la Tecnología se
define como el proceso de intercambio de comunicaciones entre el ser humano
y una máquina.” (Gran Enciclopedia Hispánica, 2012)
 Simulación Interactiva

"Se define como aquella que permite la interacción de personas en medios
virtuales sintéticos, tales como terrenos y edificaciones, virtuales." (Uparella,
2013)

“Las simulaciones interactivas en entornos computacionales se compone de
dos dimensiones diferentes: control (interactividad baja) y comportamiento
interactivo (interactividad alta) (Betrancourt, 2005), ” Mientras que ‘control’ es
definido como la habilidad que posee un estudiante para determinar el ritmo
de sucesión de fotogramas (por ejemplo realizar una pausa, reproducir,
rebobinar, avanzar) el ‘comportamiento interactivo’ incluye actividades de
aprendizaje donde el contenido en cuadros sucesivos se determina por las
acciones de los estudiantes, con respecto a un parámetro dado. (Seong,
Gyumin, & Meekyoung, 2009)
12
 3D (Tridimensional): Tres dimensiones o también llamado tridimensional. En
computación, las tres dimensiones son el largo, el ancho y la profundidad de una
imagen. Técnicamente hablando el único mundo en 3D es el real, la
computadora sólo simula gráficos en 3D, pues, en definitiva toda imagen de
computadora sólo tiene dos dimensiones, alto y ancho (resolución). En la
computación se utilizan los gráficos en 3D para crear animaciones, gráficos,
películas, juegos, realidad virtual, diseño, etc.
 Tipos de simulación

Identidad: "Es cuando el modelo es una réplica exacta del sistema en estudio.
Es la que utilizan las empresas automotrices cuando realizan ensayos de
choques de automóviles utilizando unidades reales." (Fishman, 1978)

Cuasi-identidad: "Se utiliza una versión ligeramente simplificada del sistema
real. Por ejemplo, los entrenamientos militares que incluyen movilización de
equipos y tropas pero no se lleva a cabo una batalla real." (Fishman, 1978)

Laboratorio: Se utilizan modelos bajo las condiciones controladas de un
laboratorio. Se pueden distinguir dos tipos de simulaciones:
 Juego operacional: "Personas compiten entre ellas, ellas forman parte del
modelo, la otra parte consiste en computadoras, maquinaria, etc. Es el
caso de una simulación de negocios donde las computadoras se limitan
a recolectar la información generada por cada participante y a presentarla
en forma ordenada a cada uno de ellos." (Fishman, 1978)
 Hombre-Máquina: "Se estudia la relación entre las personas y la máquina.
Las personas también forman parte del modelo. La computadora no se
13
limita a recolectar información, sino que también la genera. Un ejemplo
de este tipo de simulación es el simulador de vuelo." (Fishman, 1978)

Simulación por computadora: "El modelo es completamente simbólico y está
implementado en un lenguaje computacional. Las personas quedan
excluidas del modelo. Un ejemplo es el simulador de un sistema de redes de
comunicación donde la conducta de los usuarios está modelada en forma
estadística. Este tipo de simulación a su vez puede ser Digital (Cuando se
utiliza una computadora digital) o Análoga (Cuando se utiliza una
computadora analógica) En este grupo también se pueden incluir las
simulaciones que utilizan modelos físicos." (Fishman, 1978)
 Blender: Es un programa informático multiplataforma gratuito y de código libre,
de animación 3D, compatible con la totalidad del 3D pipeline (modelado, rigging,
animación, simulación, rendering, composición y seguimiento de movimiento,
edición de video y creación de juegos). Gracias a su característica
multiplataforma tiene un adecuado funcionamiento en Linux, Windows y
Macintosh, su interfaz se caracteriza por el uso de OpenGL. Blender maneja la
representación de escenas 3D, mediante sus motores gráficos (por defecto trae
3 motores gráficos de pre-renderizado y uno en tiempo real), estos son:

Interno: "Es el original de Blender y aún es el seleccionado por defecto al
ejecutar por primera vez la aplicación, usado para escenas simples, crea los
renderizados con más rapidez que Cycles. Pero requiere de más esfuerzo,
por parte del usuario, el obtener resultados con aspecto foto realista cuando
la escena es compleja." (Blender.org, 2014)
14

Cycles: "Es un motor más reciente y basado en el trazado de rayos de luz,
está basado en una técnica conocida como BRDF2. Está pensado para crear
imágenes fotos realistas de forma más sencilla. Pero crea imágenes con más
ruido que el llamado 'motor interno', el tiempo de renderizado es mayor (al
menos para escenas simples), y aún carece de renderizado volumétrico."
(Blender.org, 2014)

Freestyle: "Es un motor enfocado a crear trazos que simulan dibujos hechos
a mano, fue introducido en la versión 2.67 de Blender. No está pensado para
ningún tipo de dibujo en concreto, sino que tiene una gran cantidad de
parámetros que permiten configurar una gran cantidad de estilos de dibujo."
(Blender.org, 2014)

Motor Gráfico en tiempo real: "Este motor se basa en OpenGL3, y Blender lo
emplea tanto para la edición del escenario 3D (a través del editor llamado '3D
View') como para su motor de juegos ('GameEngine')." (Blender.org, 2014)
 Three.js: "Es un motor 3D ligero y eficiente, que permite la creación
de GPU acelerada por animaciones en 3D utilizando el lenguaje JavaScript
como parte de una página Web, sin depender de los propios plugins del
navegador, todo esto hace que el autor cree complejas animaciones en 3D que
se muestran
en
el
navegador
sin
la
necesidad
de
aplicaciones
independientes o plugins adicionales. " (Three.js, 2014)
2
BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function): Es una función de cuatro dimensiones que
define cómo la luz se refleja en una superficie opaca
3
OpenGL: Es una especificación estándar que define una API multilenguaje y multiplataforma para
escribir aplicaciones que produzcan gráficos 2D y 3D
15
6.3.
OPEN UP
OpenUP es un proceso unificado delgado que aplica enfoques iterativos e
incrementales dentro de un ciclo de vida estructurado. Adopta una filosofía
pragmática y ágil que se centra en la naturaleza colaborativa del desarrollo de
software. Es un proceso que no necesita de muchas herramientas ni ceremonias
(tools-agnostic, low-ceremony) y puede ser extendido para hacer frente a una
amplia variedad de tipos de proyectos. (Eclipse.org, 2014).
Figura 6.1: Capas de OpenUP, micro-incrementos, ciclo de vida de iteración y ciclo
de vida del proyecto.
Fuente: (Eclipse.org, 2014)
16
6.4.
APLICACIONES WEB
Una aplicación Web es un sitio Web que contiene páginas con diferentes
contenidos permitiendo a los usuarios interactuar con varios elementos
dependiendo de la funcionalidad y propósito del sitio.
En cuanto al funcionamiento de una aplicación web, se puede decir que esta
es un conjunto de páginas Web estáticas y dinámicas. Las páginas estáticas son
aquellas que muestran información permanente, normalmente se crean solo con
lenguaje HTML, y estas no permiten el desarrollo de funcionalidades diferentes, son
aquellas que no cambian cuando un usuario las solicita, simplemente el servidor
Web envía la página al navegador sin modificarla. Las páginas Web dinámicas a
diferencia de las estáticas, son aquellas que permiten definir las diferentes
características y funcionalidades que debe cumplir la aplicación Web de acuerdo a
las necesidades que se quieran suplir, usualmente se crean con diferentes
lenguajes que permiten la interacción de los usuarios con la aplicación, son de
naturaleza cambiante ya que el servidor modifica este tipo de páginas antes de
enviarlas al navegador.
Durante la creación de una aplicación Web, es importante llevar a cabo
procesos de diseño previos a la elaboración o desarrollo de la aplicación como tal,
con el fin de obtener un modelo guía que garantice la creación de una aplicación
Web de calidad donde todo su contenido este bien estructurado y sea entendible.
A continuación se nombran algunas de las metas de diseño que establece
Jean Kaiser como necesarias y que se deben tener en cuenta para cualquier tipo
de aplicación Web sin importar su dominio, tamaño o complejidad:
17

Simplicidad: “El contenido de una aplicación Web debe ser informativo pero
moderado, y debe utilizar un modo de entrega que resulte apropiado para la
información que se envíe, la estética debe ser agradable pero no
abrumadora. La arquitectura debe lograr los objetivos de la aplicación Web
de la manera más sencilla posible. La navegación debe ser directa y sus
mecanismos, obvios para la intuición del usuario final. Las funciones deben
ser fáciles de utilizar y más fáciles de entender”. (S. Pressman, 2010)

Consistencia: “El contenido debe construirse de modo congruente, por
ejemplo el formato y tipografía del texto deben ser los mismos en todos los
documentos de texto, las imágenes deben tener coherencia en su aspecto,
color y estilo. El diseño gráfico debe presentar una vista consistente en todas
las partes de la aplicación Web. El diseño de la interfaz debe definir modos
consistentes de interacción, navegación y despliegue del contenido. Los
mecanismos de navegación deben usarse de manera consistente en todos
los elementos de la aplicación”. (S. Pressman, 2010)

Identidad: “El diseño de la estética, la interfaz y la navegación de una
aplicación Web deben ser consistentes con el dominio de la aplicación para
la que se va a elaborar. La arquitectura de la Webapp será diferente por
completo, las interfaces se construirán para que reciban a distintas
categorías de usuarios, la navegación se organizara para que cumpla
objetivos diferentes.” (S. Pressman, 2010)

Robustez: “Se espera que una aplicación Web tenga contenido y funciones
robustas que sean relevantes para las necesidades del usuario.” (S.
Pressman, 2010)

Navegabilidad: “La navegación debe ser sencilla y consistente, también debe
estar diseñada en forma tal que sea intuitiva y predecible, además es
18
importante tener vínculos hacia el contenido y las funciones de la aplicación
Web en una ubicación predecible.” (S. Pressman, 2010)

Atractivo visual: Es importante que una aplicación Web sea agradable a los
ojos de los usuarios, ya que estas son consideradas las más visuales,
dinámicas y estéticas.

Compatibilidad: “Una aplicación Web debe diseñarse para que sea
compatible en con diferentes ambientes, como diferentes hardware, tipos de
conexión, sistemas operativos, navegadores etc.”
6.5.

TRABAJOS ACTUALES
PHET interactive simulations
La plataforma de PHET brinda a los usuarios la oportunidad de interactuar
con diferentes tipos de simulaciones tanto de ciencias como de matemáticas.
Todas las simulaciones presentes en PHET son realizadas en dos dimensiones.
(Colorado, 2014)

CasteGames Studio Venezuela
Es una empresa dedicada a ofrecer soluciones online mediante el uso de
Entornos Virtuales 3D, ofreciendo plataformas para soluciones e-learning 3D,
Plataformas de Videoconferencias unidas a Plataformas e-learning (MOODLE),
alquiler de Escuelas Virtuales , salas para conferencias , Auditorios, Museos,
entre otros. (CasteGames Studio, 2014)
19

Plataformas virtuales 3D para el aprendizaje
Científicos de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) investigan cómo
utilizar mundos virtuales en tres dimensiones para la enseñanza, utilizando como
base el mundo virtual Second Life, tomando en cuenta todos los ingredientes
que se le debe agregar para ser llamado “plataforma de aprendizaje”. (U. Carlos
III de Madrid, 2014)

Prototipo de Campus Virtual Innova-T3
Prototipo propuesto por estudiantes de la Corporación Universitaria Minuto
de Dios en Bogotá, Colombia. Con el cual buscan construir e implementar un
medio innovador de aprendizaje en donde se fomente
el aprendizaje
colaborativo usando un entorno 3D con el aspecto de las instalaciones. (Quinche
& Gonzáles, 2011)
6.6.
OBJETOS DE APRENDIZAJE
Con el paso del tiempo y el continuo desarrollo tecnológico, ha surgido un
nuevo concepto que involucra la forma de enseñanza y como esta se ha visto
complementada y apoyada con diferentes herramientas, con el propósito de hacer
que los procesos de aprendizaje sean más didácticos y así retener más fácil la
atención de los estudiantes, para que estos aprendan diferentes conceptos de
manera más efectiva; este es un Objeto de Aprendizaje.
Un objeto de aprendizaje según el Ministerio de Educación Nacional de
Colombia se define como; “un conjunto de recursos digitales, auto-contenible y
20
reutilizable, con un propósito educativo y constituido por al menos tres componentes
internos: Contenidos, actividades de aprendizaje y elementos de contextualización.
El objeto de aprendizaje debe tener una estructura de información externa
(metadatos) que facilite su almacenamiento, identificación y recuperación.”
(Ministerio de Educación Nacional, 2015), esta definición fue realizada
exclusivamente para los objetos de aprendizaje encaminados a suplir las
necesidades específicas para las instituciones de Colombia según el tipo de
requerimiento que se desee suplir con estas herramientas.
Otra definición de objeto de aprendizaje según la Facultad de Educación y
Trabajo social de la Universidad de Sydney es: “un objeto de aprendizaje es
cualquier recurso digital que pueda ser reutilizado para apoyar los procesos de
aprendizaje” (University of Sydney, 2015).
Es apropiado afirmar que los objetos de aprendizaje son recursos
importantes para la comunidad e-learning4 ya que estos no solo brindar una forma
de aprender un tema específico a través de internet sino que también puede llegar
a ser una herramienta que permite la reutilización de diferentes materiales de
aprendizaje, ya que los recursos multimedia tienen la facilidad de poder ser
utilizados una y otra vez para diferentes propósitos. (Siti Zaiton, Siti Fadzilah, &
Norazah, 2011)
4
E-learning (aprendizaje electrónico) se refiere a los procesos de enseñanza-aprendizaje que se llevan a cabo
a través de internet.
21
7. METODOLOGÍA
7.1.
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
Durante el diseño de la investigación, se realizó la búsqueda y posterior
análisis de algunas metodologías para tener puntos de referencia al escoger una
metodología de desarrollo que se acoplara a las necesidades y a la naturaleza del
proyecto.
Hablando de las ventajas y desventajas de cada metodología, se tiene que
OpenUP es una metodología flexible que toma las mejores prácticas de RUP
haciendo que el proceso de diseño e implementación del software sean más simples
y estén distribuidas a lo largo del tiempo de desarrollo del proyecto, además de
brindar libertad en cuanto a la ampliación o reducción del modelo, sin abarcar todos
los aspectos que involucra RUP, ya que esta metodología da la impresión que es
necesario hacer uso de todos los elementos del proyecto, lo cual se puede tornar
tedioso, provocando la prolongación innecesaria del desarrollo, haciendo que esta
metodología no sea indicada para este tipo de proyectos sino más bien para
proyectos grandes que estén estructurados a largo plazo y con equipos de
desarrollo muy grandes.
Por otro lado la aplicación de una metodología como SCRUM hubiese
representado inconvenientes en cuanto a cada una de las iteraciones, teniendo en
cuenta que exige el cumplimiento riguroso de fechas y reuniones en las cuales se
sabrá que artefactos se deben entregar, y si por algún motivo no se logra satisfacer
el objetivo propuesto, se tendría que reevaluar completamente la iteración. Esto no
sucede con OpenUP, ya que da libertad de tomar decisiones en casos como estos.
22
Finalmente se hizo la comparación con la metodología ágil XP. No fue
elegida, ya que al estudiar sus diferentes características, se encontró que llevando
a cabo sus prácticas no es posible establecer adecuadamente el tiempo de duración
del proyecto, lo cual presentaba desventajas a la hora de organizar las actividades
y tareas de cada uno de los miembros del equipo de trabajo.
7.1.1. Tipo de estudio metodológico
Investigación aplicada: Es un estudio basado en la práctica, buscando la aplicación
de los conocimientos adquiridos durante toda la recolección de información
resultante de la investigación básica, expresando y resaltando el interés del
investigador por las consecuencias prácticas de su investigación.
La investigación aplicada maneja una estructura determinada, la cual
consiste en los siguientes 8 ítems:

Antecedentes

Hipótesis y Objetivos

Información Utilizada

Método de análisis

Resultados

Discusión

Conclusiones

Referencias Bibliográficas
Orden cualitativo: Una investigación basada en un enfoque de carácter cualitativo
toma en cuenta la fenomenología como alternativa de análisis, tomando el
conocimiento como un punto de vista que tiene en cuenta las percepciones,
acciones y reacciones resultantes de la interacción con la investigación.
23
7.2.
TÉCNICA METODOLÓGICA
Para el desarrollo del proyecto se toma como base la metodología ágil
OpenUP, teniendo en cuenta que su desarrollo es iterativo e incremental, lo cual
contribuye con el proceso del proyecto.
Teniendo en cuenta las características de Open UP se tienen las siguientes
fases a desarrollar:

Inicio: Se hace un estudio y análisis del proyecto, en donde las tareas de
planteamiento del problema, definición de objetivos, y obtención de información
relacionada con el proyecto, son de gran importancia para establecer un plan de
trabajo, en donde se capturan las necesidades del proyecto y sus interesados.

Elaboración: Se toma como guía lo especificado en la fase de inicio, evaluando
los riesgos significativos que se presenten en la ejecución del proyecto, para así
seleccionar las tecnologías adecuadas en la construcción de la solución.

Construcción: Se tiene en cuenta la inclusión de los flujos con sentido de
implementación, distribuyendo los avances en iteraciones cortas, destacando la
construcción de una versión ejecutable del proyecto.

Transición: Se realiza una retroalimentación en base a la presunta interacción
del usuario con la aplicación, en donde se incorporarán refinamientos al sistema,
tomando como referencia las iteraciones siguientes. (Eclipse.org, 2014)
Para llevar a cabo este proyecto, se pretende dividir todo el proceso de
diseño y desarrollo, en 5 hitos:
24
Figura 7.1: Hitos – Simulación interactiva
Inicio
Hito 1
Modelado del Entorno
Hito 2
Construcción de herramientas de
interacción
Hito 3
Diseño de la aplicación de apoyo a la
enseñanza
(Fase actual en desarrollo)
Hito 4
Desarrollo de la aplicación de apoyo a
la enseñanza
Hito 5
Integración Modelado y Desarrollo
Fuente: Elaboración propia.

Hito 1: Modelado del entorno
Se realizará el diseño y modelado del salón de clases, incluyendo en el
entorno una tarima que define el espacio donde se va a llevar a cabo la interacción,
realizando el desarrollo de este entorno en Blender, ya que está integrada en la
biblioteca de exportación de three.js (librería que se va a usar para hacer la
implementación del entorno de aprendizaje) y es mejor en cuanto a técnicas de
texturizado, haciendo más cómoda la fabricación de la estructura.

Hito 2: Construcción de herramientas de interacción.
Teniendo en cuenta los tres experimentos que se llevarán a cabo (Caída
Libre, Péndulo Simple y Movimiento Parabólico), es necesario diseñar y modelar
todas las herramientas de laboratorio necesarias para el desarrollo de estos
25
fenómenos físicos. Para esta tarea se usará la aplicación Blender, en la cual es
posible manejar de manera adecuada las texturas, tamaños, iluminación, y demás
características que juegan un papel importante en la realización de componentes
atractivos a la vista, agregando calidad al proyecto.

Hito 3: Diseño de la aplicación de apoyo a la enseñanza.
Se realizará el diseño que va a llevar a cabo toda la simulación, este se
pretende plantear con el fin de tomar en cuenta todas las características de los
experimentos presentes en el entorno de enseñanza, logrando así que los
estudiantes puedan interactuar, tomando como guía una visión practica del
planteamiento de la teoría de la gravedad de Newton, siendo esta una pequeña
introducción para mostrar las funcionalidades, que pueden más adelante permitir la
inclusión de nuevas temáticas.

Hito 4: Desarrollo de la aplicación de apoyo a la enseñanza
Se realizará el desarrollo del software utilizando herramientas de interfaz, con
alto grado de compatibilidad y bajo acoplamiento, haciendo que la aplicación pueda
ser desplegada en dispositivos que soporten el protocolo HTML5.

Hito 5: Integración del modelado y desarrollo.
En esta parte se integrarán las secciones esenciales del proyecto, las cuales
son: el modelado del entorno y el software que provee el comportamiento de los
objetos, agregando todo aquello que hace al proyecto interactivo. La integración se
realiza utilizando la librería; three.js, permitiendo la conexión de cada una de las
piezas modeladas y su visualización en un entorno Web, abriendo canales de
comunicación y creando la interacción necesaria, entre usuario y los experimentos.
26
8.
ANÁLISIS, DISEÑO Y DESARROLLO
En esta sección se llevaron a cabo diferentes procesos con los cuales se
muestra una visión general de todo el proyecto, inicialmente se hizo un análisis de
todas las características del producto de software desde su composición estructural,
de funcionalidades y procesos, aplicado a las simulaciones interactivas en el campo
de la física Newtoniana como modelo de negocio, mediante diferentes tipos de
representaciones como el Lenguaje de Modelo Unificado (UML).
Una vez terminado el modelado y análisis de los requerimientos, se modelan
los casos de uso, posteriormente se complementan con diagramas que permiten
establecer vistas de interacción y de comportamiento para detallar el modelo de
negocio, como; diagrama de secuencia, diagrama de estado y diagrama de
componentes, para describir el comportamiento que puede tener el sistema en los
diferentes escenarios de interacción con los usuarios finales que se relacionan con
el prototipo de software.
Según Roger S. Pressman (S. Pressman, 2010) en el diseño Web es
necesario tener presentes las siguientes 6 etapas:
I.
Diseño del contenido: Bosquejo de los objetos del contenido teniendo como
base el contenido del modelo.
II.
Diseño estético o gráfico: Vista que percibe el usuario final.
III.
Diseño arquitectónico: Evidencia la estructura que tendrán todos los objetos
y funciones del contenido.
IV.
Diseño de la interfaz: Presenta los mecanismos de distribución del contenido.
27
V.
Diseño de navegación: Forma en la que el usuario final navega a través de
la página.
VI.
Diseño de los componentes: Muestra la estructura interna de los elementos
funcionales.
Estas 6 etapas son importante para realizar el diseño Web, ya que este
permite evaluar la calidad que tendrá el ejecutable Web basándose en los diferentes
modelos obtenidos, creando la posibilidad de hacerle mejoras antes de iniciar con
el proceso de desarrollo.
8.1.
ANÁLISIS DE REQUERIMIENTOS
En esta sección se detalla el proceso que se llevó a cabo para realizar el
levantamiento de los requerimientos funcionales y no funcionales del sistema, ya
que; “El modelo de requerimientos brinda una indicación detallada de la verdadera
estructura del problema y da una perspectiva de la forma de solución.” (S.
Pressman, 2010).
Durante el modelado de los requerimientos, se obtuvo un compilado de las
características generales del sistema, para llegar a esto se tomaron todas las
funcionalidades visibles teniendo en cuenta su tamaño y complejidad, en un
principio se hizo la distinción de todas las funcionalidades y a continuación se llevó
a cabo el análisis de los requerimientos resultantes para brindar una forma explícita
y ordenada de representar los escenarios de simulación que deben ser
desarrollados, basándose en los siguientes modelos propuestos por Roges S.
Pressman (S. Pressman, 2010):
28
Modelo de interacción: Detalla la forma en que los usuarios interactúan con
el ejecutable Web.
Modelo de navegación: Establece la forma de navegación que tiene el
ejecutable Web.
Modelo de contenido: Muestra todo el contenido que dará el ejecutable Web.
Además de los modelos especificados anteriormente, también se tuvo en
cuenta el modelo FURPS (Functional, Usability, Reliability, Performance,
Supportability) (Caswell & Grady, 1978) para la definición, análisis y modelado de
los requerimientos. Por último se realizó la clasificación y división de requerimientos
entre funcionales y no funcionales los cuales se presentaron a continuación:
Tabla 8.1: Requerimientos del sistema
ID
Requerimiento
Req.
Obligatorio
F/NF
Opcional
Deseable
R01
Quien realiza la práctica puede definir el valor de la altura desde
F
Obligatorio
donde son lanzadas las esferas.
R02
Obtener el tiempo de duración de la caída del objeto.
F
Obligatorio
R03
Elegir la amplitud del péndulo con respecto a su posición de origen.
F
Obligatorio
R04
Elegir la longitud que tendrá la cuerda que sostiene el objeto.
F
Obligatorio
R05
Registrar el periodo de cada oscilación realizada por el péndulo
F
Obligatorio
durante la práctica establecida.
R06
Elegir distancia que recorrerá el objeto por medio de una rampa.
F
Obligatorio
R07
Obtener el tiempo de duración del movimiento parabólico para
F
Obligatorio
F
Obligatorio
F
Obligatorio
cada etapa de la práctica.
R08
Registrar el impacto del proyectil en una superficie vertical de
contacto situada frente a la rampa.
R09
Ubicar la superficie de contacto a diferentes distancias de la rampa.
29
R10
Permitir el registro sistemático del valor de los impactos del
F
Obligatorio
proyectil en la superficie de contacto.
R11
Aumentar el valor de la fuerza de gravedad.
F
Obligatorio
R12
Disminuir el valor de la fuerza de gravedad.
F
Obligatorio
R13
Aumentar el tamaño de los objetos.
F
Obligatorio
R14
Disminuir el tamaño de los objetos.
F
Obligatorio
R15
Posibilidad de interacción con diferentes elementos presentes en
F
Obligatorio
el escenario.
R16
Posibilidad de movimiento en el escenario.
F
Obligatorio
R17
Usar dispositivos de señalamiento estándar como mouse o
F
Obligatorio
teclado.
R18
Deseable
Referenciar la posición en la que se encuentra el usuario (de lo
F
contrario, se puede producir desorientación)
Opcional
Deseable
R19
Representar de forma tridimensional los fenómenos de estudio.
F
Obligatorio
R20
Consultar listado de experimentos.
F
Opcional
Deseable
R21
Elegir un experimento.
F
Opcional
Deseable
R22
Agregar un experimento
F
Obligatorio
R23
Representar de forma tridimensional un aula de clases.
F
Obligatorio
R24
Configurar escenarios de experimentación
F
Obligatorio
R25
Mantener la compatibilidad con navegadores como Mozilla Firefox
NF
Obligatorio
y Google Chrome.
Deseable
R26
Realizar modificaciones en tiempo de ejecución.
NF
Obligatorio
R27
Generar modelos 3D agradables para el usuario.
NF
Obligatorio
R28
Tener mecanismos de actualización adecuados.
NF
Obligatorio
R29
Garantizar que la percepción de los objetos no dependa de otros
NF
Obligatorio
recursos de maquina
R29
Garantizar
un
comportamiento
Deseable
similar
a
los
fenómenos
F
Obligatorio
observados.
R30
Lograr una experiencia espacial creíble
NF
Deseable
R31
Lograr una representación dinámica convincente
NF
Deseable
R32
Utilizar modelos matemáticos del experimento caída libre
F
Obligatorio
30
R33
Utilizar modelos matemáticos del experimento péndulo simple
F
Obligatorio
R34
Utilizar modelos matemáticos del experimento movimiento
F
Obligatorio
parabólico
R35
Interfaz amigable con el usuario
NF
Deseable
R36
Definir los modelos 3D de forma que se puedan integrar como
NF
Obligatorio
NF
Obligatorio
F
Obligatorio
recursos pedagógicos.
R37
Reproducir y cargar recursos adecuadamente.
R38
Diseñar un experimento
Deseable
Fuente: Elaboración propia.
8.1.1. Requerimientos funcionales
Para establecer los requerimientos funcionales del sistema se tomaron todas
las características y capacidades operativas encontradas según las funciones con
las que debe contar una simulación.
Después de definir el alcance y la naturaleza del problema, se inició la
indagación
de los objetivos esenciales que debía cumplir el sistema, para
determinar las funcionalidades que tendría el prototipo, se hizo el proceso de
análisis en cada iteración del ciclo de vida del software, teniendo en cuenta, que en
la fase de inicio se captura la información necesaria para el desarrollo, logrando
finalmente construir una lista de requerimientos funcionales que contemplen los
aspectos principales de la simulación.
Para determinar la prioridad y dependencia de los requerimientos, se realizó
un cruce entre ellos mismos (Tabla 8.4), y se estableció un sistema para obtener un
rango de valores, resultando en las categorías mostradas en las siguientes tablas:
31
Tabla 8.2: Rangos y categorías establecidas para la prioridad de los RF.
Prioridad
Rango
Categoría
0-2
Baja
3-4
Media - Baja
5-8
Media
9 - 11
Media - Alta
12 - 16
Alta
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 8.3: Rangos y categorías establecidas para la dependencia de los RF.
Dependencia
Rango Categoría
0-3
Baja
4-7
Media
8 - 10
Alta
Fuente: Elaboración propia.
Después de obtener la matriz de cruce de requerimientos funcionales, se
utilizó el sistema de rangos explicado anteriormente, con el fin de tener un punto de
partida en cuanto a la implementación de las diferentes funcionalidades, teniendo
en cuenta que los requerimientos con alta dependencia son los más complicados
de implementar porque involucran a otros requerimientos para lograr su ejecución.
Los requerimientos de mayor prioridad tendrán prelación a la hora de implementar,
ya que estos dan solución a otros requerimientos por lo tanto deben ser
desarrollados primero.
32
RF01
RF02
RF03
RF04
RF05
RF06
RF07
RF08
RF09
RF10
RF11
RF12
RF13
RF14
RF15
RF16
RF17
RF18
RF19
RF20
RF21
RF22
RF23
RF24
RF25
RF26
RF27
RF28
RF29
Dependencia
RF
Tabla 8.4: Matriz de dependencia Requerimientos Vs Requerimientos.
Prioridad/Dependencia
Requerimientos Funcionales
RF01 Definir valor de altura. CL
RF02 Obtener tiempo de duración. CL
X X X
X
X X X X X
X
X X X X
8
X
X
10
X X
RF03 Elegir la amplitud del péndulo. PS
X X X
X
X X X X
8
RF04 Elegir la longitud de la cuerda. PS
Registrar el periodo de cada
RF05 oscilación. PS
Elegir distancia por medio de una
RF06 rampa. MP
X X X
X
X X X X
8
X
X
X
X X X X
X
X
X
X X
X
X
X
X X
RF07 Obtener el tiempo de duración MP
Registrar el impacto del proyectil
RF08 en la superficie de contacto. MP
Ubicar la superficie de contacto a
RF09 diferentes distancias. MP
Permitir el registro del valor de los
RF10 impactos del proyectil. MP
X X
X X X X
X X X
X
X
X
X X X X
X X X X
X
X
X X X
X X
RF13 Aumentar tamaño de los objetos.
RF14 Disminuir tamaño de los objetos.
Interacción con elementos del
RF15 escenario.
Posibilidad de movimiento en el
RF16 escenario.
Usar dispositivos de señalamiento
RF17 estándar.
X
X
8
X
X X
X X X X
X
X
X
X X X X
7
X
X
X
X X X X
7
X X
X
X X
X X X
X
7
X
8
5
5
RF20 Consultar listado de experimentos.
X
1
X
X X
4
X
1
1
X
RF21 Elegir un experimento.
X
1
X
X
3
X
X X X
X
X
1
5
X X X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
2 0 2 2 0 4 0 2 2 3 5 5 3 3 7 7 9 3 18 1 0 14 14 12 17 5 5 5 9
33
8
X X X
X
Fuente: Elaboración propia.
10
7
X
RF29 Diseñar experimentos
11
X X X X
X
RF22 Agregar un experimento
Representar de forma
RF23 tridimensional un aula de clases.
Configurar escenarios de
RF24 experimentación
Garantizar un comportamiento
RF25 similar a los fenómenos.
Utilizar modelos matemáticos de
RF26 caída libre
Utilizar modelos matemáticos de
RF27 péndulo simple
Utilizar modelos matemáticos de
RF28 movimiento parabólico
11
X X X
RF18 Referenciar la posición del usuario.
Representar de forma
RF19 tridimensional los fenómenos.
Prioridad RF
X
X X X
X
RF11 Aumentar el valor de gravedad.
RF12 Disminuir el valor de gravedad.
X
4
3
3
3
1
Haciendo el análisis de la Tabla 8.4 se puede concluir que el requerimiento
con mayor prioridad es el RF19 (representar de forma tridimensional los fenómenos)
con una valoración de 18, seguido del requerimiento RF25 (garantizar un
comportamiento similar de los fenómenos) con una valoración de 16, lo que indica
que estos dos requerimientos son de suma importancia y se deben desarrollar
primero, en cuanto a la dependencia se puede concluir que los requerimientos más
dependientes de otros requerimientos son; RF02, RF05, RF07 que corresponden a,
obtener el tiempo de duración de la caída del objeto, registrar el periodo de cada
oscilación realizada por el péndulo durante la práctica establecida y obtener el
tiempo de duración del movimiento parabólico para cada etapa de la práctica, lo
cual concuerda con el flujo de procedimientos que se realizan durante una práctica,
ya que para obtener los resultados de la ejecución de un experimento es necesario
tener la mayoría de los demás requerimientos implementados.
En la Tabla 8.5 existen 4 subsecciones que se establecieron para dividir las
funcionalidades específicas de cada experimento, de las funcionalidades generales
del sistema y se le dio un código de identificación a cada requerimiento.
Tabla 8.5: Requerimientos funcionales del sistema.
Cód.
Requerimiento
Prioridad
Dependencia
Quien realiza la práctica puede definir el valor de la
Baja
Alta
Baja
Alta
Baja
Alta
Baja
Alta
Caída libre
RF01
altura desde donde son lanzadas las esferas.
RF02
Obtener el tiempo de duración de la caída del objeto.
Péndulo simple
RF03
Elegir la amplitud del péndulo con respecto a su
posición de origen.
RF04
Elegir la longitud que tendrá la cuerda que sostiene el
objeto.
34
RF05
Registrar el periodo de cada oscilación realizada por
Baja
Alta
Media – B
Alta
Baja
Alta
Baja
Alta
Baja
Media
Media – B
Media
el péndulo durante la práctica establecida.
Movimiento parabólico
RF06
Elegir distancia que recorrerá el objeto por medio de
una rampa.
RF07
Obtener el tiempo de duración del movimiento
parabólico para cada etapa de la práctica.
RF08
Registrar el impacto del proyectil en una superficie
vertical de contacto situada frente a la rampa.
RF09
Ubicar la superficie de contacto a diferentes
distancias de la rampa.
RF10
Permitir el registro sistemático del valor de los
impactos del proyectil en la superficie de contacto.
Generales
RF11
Aumentar el valor de la fuerza de gravedad.
Media
Media
RF12
Disminuir el valor de la fuerza de gravedad.
Media
Alta
RF13
Aumentar el tamaño de los objetos.
Media – B
Media
RF14
Disminuir el tamaño de los objetos.
Media – B
Media
RF15
Posibilidad de interacción con diferentes elementos
Media
Media
Media
Media
Media – A
Baja
Media – B
Media
Alta
Baja
presentes en el escenario.
RF16
Posibilidad de movimiento en el escenario.
RF17
Usar dispositivos de señalamiento estándar como
mouse o teclado.
RF18
Referenciar la posición en la que se encuentra el
usuario
(de
lo
contrario,
se
puede
producir
desorientación)
RF19
Representar de forma tridimensional los fenómenos
de estudio.
RF20
Consultar listado de experimentos.
Baja
Baja
RF21
Elegir un experimento.
Baja
Baja
35
RF22
Agregar un experimento
Alta
Baja
RF23
Representar de forma tridimensional un aula de
Alta
Baja
Alta
Media
Alta
Baja
Media
Baja
clases.
RF24
Configurar escenarios de experimentación
RF25
Garantizar
un
comportamiento
similar
a
los
fenómenos observados.
RF26
Utilizar modelos matemáticos del experimento caída
libre
RF27
Utilizar
modelos
matemáticos
del
experimento
Media
Baja
matemáticos
del
experimento
Media
Baja
Media – A
Baja
péndulo simple
RF28
Utilizar
modelos
movimiento parabólico
RF29
Diseñar experimentos
Fuente: Elaboración propia.
8.1.2. Requerimientos no funcionales
Para identificar los requerimientos no funcionales, se tomaron en cuenta
diferentes aspectos que no influyen directamente en el comportamiento del sistema,
pero que son importantes en la relación con el usuario, teniendo esto como
referencia se establecieron algunas características que debe tener el prototipo
(tomadas del modelo FURPS) para garantizar el cumplimiento de la calidad del
ejecutable Web, además de brindar una experiencia agradable a los usuarios:

Funcionalidad
o Características de navegación y de conexión

Usabilidad o facilidad de uso
o Comprensión global del sitio
o Características y estética de la interfaz de usuario
36
o Accesibilidad
o Documentación
o Consistencia

Confiabilidad
o Disponibilidad (media porcentual del tiempo que la aplicación Web se
podrá utilizar)
o Precisión
o Procesamiento correcto de los vínculos

Desempeño
o Rendimiento
o Eficiencia en el tiempo de respuesta
o Velocidad de procesamiento (generación de gráficos)
o Uso de los recursos

Soportabilidad
o Adaptabilidad
o Compatibilidad
o Escalabilidad (capacidad del prototipo para ser ampliable)
Tabla 8.6: Requerimientos no Funcionales
Cód.
Requerimiento
RNF01
Mantener la compatibilidad con navegadores como Mozilla Firefox y Google
Chrome.
RNF02
Realizar modificaciones en tiempo de ejecución.
RNF03
Generar modelos 3D agradables para el usuario.
RNF04
Tener mecanismos de actualización adecuados.
RNF05
Garantizar que la percepción de los objetos no dependa de otros recursos de
maquina
37
RNF06
Lograr una experiencia espacial creíble
RNF07
Lograr una representación dinámica convincente
RNF08
Interfaz amigable con el usuario
RNF09
Definir los modelos 3D de forma que se puedan integrar como recursos
pedagógicos.
RNF10
Reproducir y cargar recursos adecuadamente.
Fuente: Elaboración propia.
8.2.
ANÁLISIS Y DISEÑO
Para llevar a cabo un modelo de análisis consistente, se tomó en cuenta el
modelo de interacción para aplicaciones Web, el cual se adapta muy bien con las
funcionalidades de la simulación como ejecutable Web, este modelo se explica en
el libro Ingeniería del Software de Roger S. Pressman quien plantea que la
conversación que existe entre usuario final y funcionalidad, contenido y
comportamiento del sistema “se puede describir con el uso de un modelo de
interacción que se compone de uno o más de los siguientes elementos: 1) casos de
uso, 2) diagramas de secuencia, 3) diagramas de estado y 4) prototipos de la
interfaz de usuario”. (S. Pressman, 2010).
Aunque es cierto afirmar que realizar un prototipo de la interfaz de usuario es
una actividad propia del diseño y no del modelo de análisis, es importante incluirlo
en esta etapa ya que permite visualizar la estética general y las conexiones entre el
usuario final y el ejecutable Web, con el fin de hacer revisiones constantes para
llegar a entregar un producto acorde a lo que el usuario desea.
38
8.2.1. Actores del sistema
En base a los requerimientos y necesidades identificadas se obtuvieron los
siguientes actores principales y secundarios (Figura 8.1):
8.2.1.1.
Actores principales:
 Profesor: Interactúa directamente con el entorno de aprendizaje y configura
los escenarios de experimentación, con respecto a la intencionalidad u
objetivos para cada actividad o sesión programada.
 Estudiante: Interactúa directamente con el entorno de aprendizaje para
realizar los experimentos, puede ejecutar los experimentos de forma
independiente o configurarlos para adherirse a las instrucciones que
estableció el profesor.
8.2.1.2.
Actor secundario:
 Administrador: Se encarga de agregar al prototipo los diferentes
experimentos que han sido implementados previamente por el desarrollador
de software, además de esto establece la representación tridimensional que
tendrán los experimentos dependiendo del tipo de experimento que se
requiera.
39
Figura 8.1: Actores del sistema.
Fuente: Elaboración propia.
Los servicios y funcionalidades comunes a Profesor y Estudiante, permiten
generalizar en otro actor nombrado como Usuario.
8.2.2. Casos de uso
Teniendo claro los requerimientos funcionales y no funcionales del sistema,
es necesario mostrar la interpretación que le dan los usuarios finales al prototipo,
para esto se hace un análisis de los requerimientos y se construyen los casos de
uso, en los cuales se describe el comportamiento del sistema en los diferentes
40
escenarios, exponiendo como el sistema responde a una petición hecha por sus
usuarios finales y la interacción presente en circunstancias específicas.
8.2.2.1.
Priorización y Complejidad de Casos de Uso
Una vez identificados los actores y teniendo los requerimientos funcionales
definidos y priorizados se identificaron diferentes casos de uso. Para determinar su
prioridad, dependencia y complejidad, se realizaron dos matrices, una de casos de
uso vs casos de uso (Tabla 8.10) y otra de casos de uso vs requerimientos
funcionales (Tabla 8.11).
La primera matriz muestra una relación de dependencia entre casos de uso
identificando la prioridad con respecto a ellos mismos, teniendo en cuenta cuales
casos de uso son más dependientes de otros, lo cual permite identificar cuáles son
más importantes en la implementación porque muchos casos de uso dependen de
estos, y la segunda matriz muestra los casos de uso que cubren uno o más
requerimientos funcionales, indicando cuáles de ellos integran varias de las
funcionalidades principales del prototipo de software, dándoles un determinado
valor de complejidad, además gracias a esta matriz, fue posible observar por
cuantos casos de uso está cubierto cada requerimiento.
En cuanto a la prioridad también se realizó una prelación según los casos de
uso que dependieran o estuvieran involucrados entre ellos conforme a los
diagramas de caso de uso resultantes (mostrados en la sección 8.2.3).
Para determinar los rangos de la prioridad y complejidad de los casos de uso,
se estableció un sistema para obtener un rango de valores, resultando en las
categorías mostradas a continuación:
41
Tabla 8.7 Rangos y categorías establecidas para la prioridad de los CU.
Prioridad
Rango
Categoría
0–1
Baja
2–3
Media - Baja
4–5
Media
5–7
Media - Alta
8 – 14
Alta
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 8.8: Rangos y categorías establecidas para la cobertura de los CU.
Complejidad
Rango Categoría
0-1
Baja
2-4
Media
5-…
Alta
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 8.9: Rangos y categorías establecidas para la dependencia de CU.
Dependencia
Rango Categoría
0-2
Baja
3-5
Media
6-8
Alta
Fuente: Elaboración propia.
Teniendo en cuenta estos rangos se puede observar que existe 1 caso de
uso que tiene un nivel muy alto de dependencia con respecto a los otros; CU10
(registrar tiempo de experimentación), ya que para capturar y registrar el tiempo en
42
los diferentes fenómenos, se tuvo que haber interactuado con el experimento para
posteriormente ejecutarlo y así obtener todos los tiempos de experimentación
establecidos para cada práctica, coincidiendo con el diseño.
Tabla 8.10: Matriz de Casos de uso Vs Casos de uso
Casos de uso
CU01
CU02
CU03
CU04
CU05
CU06
CU07
CU08
CU09
CU10
CU11
CU12
CU13
CU14
CU15
CU16
CU17
CU18
CU19
CU20
Dependencia
CU
Prioridad/Dependencia
CU01 Experimentar Caída Libre
X X
X
X X
5
CU02 Experimentar Movimiento Parabólico
X X
X
X X
5
CU03 Experimentar Péndulo Simple
X X
X
X X
5
CU04 Agregar experimento
X
1
CU05 Realizar representaciones 3D
X X
CU06 Consultar listado de experimentos
CU07 Elegir experimento
X
2
X
1
X
2
CU08 Elegir amplitud
X X
X
3
CU09 Elegir longitud de la cuerda
X X
X
3
CU10 Registrar tiempos de experimentación
X X
CU11 Elegir distancia del proyectil
CU12 Definir valor de la altura
CU13 Realizar experimento
Configurar escenarios de
CU14
experimentación
CU15 Modificar tamaño de los objetos
CU16 Modificar valor de la gravedad
Interacción y movimiento en el
CU17
escenario
Usar dispositivos de señalamiento
CU18
estándar
CU19 Utilizar modelos matemáticos
X
X
X
X X
X
8
X
3
X
X
3
X X
X X X
5
0
X X X X
X
5
X X X X
X
5
X
X
2
0
CU20 Diseñar experimentos
Prioridad CU
X X
X
X
1
X
1
4 5 5 14 7 1 0 1 1 0 2 1 7 0 4 4 9 5 9 3
Fuente: Elaboración propia.
Haciendo el análisis de la matriz anterior, se puede concluir que los casos de
uso más importantes son el CU04 (agregar experimento), el CU17 (interacción y
movimiento en el escenario) y el CU19 (utilizar modelos matemáticos), lo cual indica
que estos 3 casos de uso se deben tener en cuenta primero en la etapa de desarrollo
porque sin estos el prototipo no funcionaría correctamente, después de estos se
43
encuentran dos casos de uso que también son muy importantes CU05 (realizar
representaciones en forma tridimensional) y CU13 (realizar experimento), ya que de
estos depende como se va a llevar a cabo el contenido del prototipo y que podrán
hacer los usuarios finales dentro de este.
CU01 Experimentar Caída Libre X X
Experimentar Movimiento
CU02 Parabólico
X X X X X
Experimentar Péndulo
CU03 Simple
X X X
CU04 Agregar experimento
Realizar
CU05 representaciones 3D
Consultar listado de
CU06 experimentos
CU07 Elegir experimento
CU08 Elegir amplitud
Elegir longitud de la
CU09 cuerda
Registrar tiempo de
CU10 experimetación
Elegir distancia del
CU11 proyectil
RF28
RF27
RF26
RF25
RF24
RF23
RF22
RF21
RF20
RF19
2
5
3
X X
X
1
X X
4
X
1
X
1
X
1
X
1
X
1
X
CU12 Definir valor de la altura
X
CU13 Realizar experimento
X X X X X X X X X X X X X X
Configurar escenarios de
CU14 experimentación
Modificar tamaño de los
CU15 objetos
X X
Modificar valor de la
CU16 gravedad
X X
Interacctuar y desplazar
CU17 en el escenario
X X
Usar dispositivos de
CU18 señalamiento estándar
X
Utilizar modelos
CU19 matemáticos
CU20 Diseñar experimentos
Cubrimiento RF
RF18
RF17
RF16
RF15
RF14
RF13
RF12
RF11
RF10
RF09
RF08
RF07
RF06
RF05
RF04
RF03
RF02
Casos de uso
RF01
Requerimientos Funcionales
RF29
Complejidad
CU
Tabla 8.11: Matriz de Casos de uso Vs Requerimientos Funcionales
1
1
14
X
1
2
2
X
3
1
X X X X
4
X
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1
Fuente: Elaboración propia.
44
1
La última fila de valores en la Tabla 8.11, muestra el número de casos de uso
por los cuales fue cubierto ese requerimiento en específico, con el fin de corroborar
que todos los requerimientos estuvieran cubiertos al menos por un caso de uso, y
así garantizar que todos los requerimientos funcionales sean desarrollados
correctamente en los escenarios propuestos; por ejemplo, los requerimientos
funcionales del 1 al 10 son cubiertos por 3 casos de uso y es el máximo de casos
de uso que llegan a cubrir a un solo requerimiento.
A continuación en la Tabla 8.12, se muestra la lista de los casos de uso que
se obtuvieron del modelo de análisis, con su respectiva prioridad, dependencia y
complejidad/cobertura.
Tabla 8.12: Listado de casos de uso de modelo de negocio
Cód.
Caso de uso de modelo de
Prioridad
Dependencia
negocio
Complejidad
o cobertura
CU01
Experimentar Caída Libre
Media
Media
Media
CU02
Experimentar Movimiento Parabólico
Media
Media
Alta
CU03
Experimentar Péndulo Simple
Media
Media
Media
CU04
Agregar experimento
Alta
Baja
Baja
CU05
Realizar representaciones de forma
Alta
Baja
Media
tridimensional
CU06
Consultar listado de experimentos
Baja
Baja
Baja
CU07
Elegir experimento
Baja
Baja
Baja
CU08
Elegir amplitud
Baja
Media
Baja
CU09
Elegir longitud de la cuerda
Baja
Media
Baja
CU10
Registrar tiempos de
Baja
Alta
Baja
Media – B
Media
Baja
Baja
Media
Baja
Media – A
Media
Muy – Alta
experimentación
CU11
Elegir distancia que recorrerá el
proyectil
CU12
Definir valor de la altura
CU13
Realizar experimento
45
CU14
Configurar escenarios de
Baja
Baja
Baja
experimentación
CU15
Modificar tamaño de los objetos
Media
Media
Media
CU16
Modificar valor de la gravedad
Media
Media
Media
CU17
Interactuar y desplazar en el
Alta
Media
Media
Media
Baja
Baja
Alta
Baja
Media
Media – B
Baja
Baja
escenario
CU18
Usar dispositivos de señalamiento
estándar
CU19
Utilizar modelos matemáticos de los
experimentos
CU20
Diseñar experimento
Fuente: Elaboración propia.
8.2.2.2.
Descripción de casos de uso
Después de organizar los diferentes casos de uso, se llevó a cabo la
simplificación en 4 casos de uso principales, resumiendo el comportamiento general
de la simulación, los cuales son mostrados a continuación en la Tabla 8.13.
Tabla 8.13: Listado de casos de uso principales
Cod.
Casos de uso principales
CUP01
Listar experimentos
CUP02
Desplazar en el entorno
CUP03
Representar en el entorno
CUP04
Experimentar
Fuente: Elaboración propia.
46
Figura 8.2 Diagrama de caso de uso primario; contiene los casos de uso
principales del entorno de aprendizaje y los actores que participan en este.
Fuente: Elaboración propia.
De los casos de uso principales se elaboraron una serie de tablas (Tabla
8.14, Tabla 8.15, Tabla 8.16, Tabla 8.17), en donde se hace una descripción
detallada de cada caso de uso y su influencia sobre: la interacción que existe en el
sistema, los escenarios en los que se da la interacción, y los actores específicos
que interactúan en cada escenario.
47
Tabla 8.14: Descripción del CUP01 – Listar Experimentos
Caso de uso
Listar Experimentos.
Actor principal
Usuario (estudiante, profesor).
Actor secundario
Ninguno.
Objetivo en contexto
Observar y elegir alguno de los experimentos disponibles en el
sistema.
Precondiciones
El usuario debió ingresar a la página Web principal.
Disparador
El usuario decide realizar uno de los experimentos que ofrece el
sistema.
Escenario
1. Usuario: Elige el navegador en donde va a realizar los experimentos.
2. Usuario: Consulta el listado de experimentos disponibles.
3. Usuario: Elige el experimento que desea realizar.
Excepciones
Si el usuario elige un navegador no especificado, la experiencia
de usuario puede ser limitada.
Postcondición
El usuario eligió un experimento y empezará a desplazarse en el
entorno para iniciar la interacción con este.
Prioridad
Importante, no esencial.
Frecuencia de uso
Cada vez que se quiera elegir un experimento.
Canal para el actor
Navegadores establecidos (Mozilla Firefox, Google Chrome).
principal
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 8.15: Descripción del CUP02 – Desplazar en el Entorno
Caso de uso
Desplazar en el entorno.
Actor principal
Usuario (estudiante o profesor).
Actor secundario
Ninguno.
Objetivo en contexto
Definir la posibilidad y tipos de interacción y movimiento que se
tendrá en el entorno de aprendizaje.
Precondiciones
El usuario debe tener dispositivos que permitan el movimiento y
la interacción.
48
Disparador
Cuando el usuario elige un experimento y empieza a interactuar
con este.
Escenario
1. Usuario: Define qué tipo de dispositivos de señalamiento debe utilizar para la
interacción con el experimento.
2. Usuario: Abre el experimento.
3. Usuario: Empieza a desplazarse en el escenario.
4. Usuario: Empieza a interactuar con los elementos presentes en el aula.
Excepciones
En caso de que los dispositivos de señalamiento estándar fallen.
Postcondición
El entorno de aprendizaje está listo para permitir la interacción y
el desplazamiento en el espacio, utilizando los diferentes
dispositivos de señalamiento estándar establecidos.
Prioridad
Esencial, debe implementarse.
Frecuencia de uso
Siempre que se utilice el prototipo de software.
Canal para el actor
Navegadores establecidos (Mozilla Firefox, Google Chrome).
Principal
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 8.16: Descripción del CUP03 – Representar en el entorno
Caso de uso
Representar en el entorno.
Actor principal
Ninguno.
Actor secundario
Administrador del sitio
Objetivo en contexto
Establecer características y elementos que se necesitan para que
se puedan llevar a cabo los experimentos en el prototipo.
Precondiciones
El sistema debe estar preparado para recibir otro experimento.
Disparador
El administrador del sitio decide planear y agregar un
experimento en el prototipo.
Escenario
1. Administrador: Diseña un nuevo experimento.
2. Administrador: Representa el experimento de forma tridimensional.
3. Administrador: En la representación debe realizar la referenciación de la posición del
usuario para que no haya desorientación.
49
4. Administrador: Agrega el experimento al sistema.
Excepciones
El diseño de un nuevo experimento también puede ser realizado
por el desarrollador al igual que la representación tridimensional
del experimento.
Postcondición
Existe un nuevo experimento en el sistema.
Prioridad
Esencial, debe implementarse.
Frecuencia de uso
Siempre que se desee agregar un nuevo experimento.
Canal para el actor
Teniendo en cuenta que la adición de experimentos se hace
secundario
directamente en el prototipo, este podrá agregarlo directamente.
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 8.17: Descripción del CUP04 – Experimentar
Caso de uso
Experimentar.
Actor principal
Usuario (estudiante o profesor).
Actor secundario
Ninguno.
Objetivo en contexto
Iniciar los experimentos que el estudiante o profesor seleccione
y ejecutarlos con todas sus funcionalidades.
Precondiciones
El usuario debió elegir un experimento del listado.
Disparador
En el momento en que el usuario empieza a interactuar con el
sistema.
Escenario
1. Usuario: Entra al sistema desde el navegador.
2. Usuario: Elige un experimento de la lista.
3. Usuario: Dependiendo del experimento interactúa con diferentes elementos presentes
en el aula.

Tamaño de los objetos.

Valor de la gravedad.

Caída libre: Altura.

Movimiento parabólico: Distancia.

Péndulo simple: Amplitud, longitud de la cuerda.
4. Usuario: Ejecuta el experimento.
50
5. Usuario: Observa los valores resultantes después de la ejecución dependiendo del
experimento elegido.

Caída libre: Tiempo de caída.

Movimiento parabólico: Impacto del proyectil, tiempo de cada etapa de la práctica.

Péndulo simple: Periodo de oscilación.
Excepciones

El
profesor
puede
configurar
los
escenarios
de
experimentación para los estudiantes, dependiendo de la
intencionalidad de la clase.

El estudiante puede configurar los diferentes elementos del
experimento dependiendo de las instrucciones del profesor.
Postcondición
El sistema captura y registra los diferentes tiempos de
experimentación, y los muestra al usuario.
Prioridad
Esencial, es necesario implementarlo.
Frecuencia de uso
Siempre que un usuario (estudiante o profesor) elija un
experimento, interactúe con este y lo ejecute.
Canal para el actor
Navegadores establecidos (Mozilla Firefox, Google Chrome).
Fuente: Elaboración propia.
8.2.3. Diagramas de Casos de uso
Los diagramas de casos de uso mostrados a continuación son los modelos
finales obtenidos a medida que se desarrollaba cada iteración del ciclo de vida, se
refinaban y actualizaban con el propósito de presentar diagramas estructurados que
muestren el comportamiento del sistema claramente.
En la Figura 8.3 se puede ver la clasificación de los casos de uso en: modelo
de negocio y principales, además se pueden ver los diferentes actores que
interactúan con el sistema, para finalmente observar el paquete que contiene el
modelado del negocio y los diagramas de casos de uso.
51
Figura 8.3: Clasificación de los casos de uso, actores y modelos.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 8.4: Diagrama de caso de uso Listar experimentos.
Fuente: Elaboración propia.
52
Figura 8.5: Diagrama de caso uso Desplazar en el entorno.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 8.6: Diagrama de caso de uso Experimentar.
Fuente: Elaboración propia.
53
Figura 8.7: Diagrama de caso de uso Representar en el entorno.
Fuente: Elaboración propia.
8.2.4. Diagramas de Secuencia
Para la elaboración de los diagramas de secuencia se hizo el análisis de los
casos de uso, donde se identificaron los objetos y los actores que intervenían en el
flujo de eventos principal, el cual es: Experimentar.
Inicialmente se realizó el modelado de tres diagramas de secuencia (Figura
8.8 - Figura 8.10) para así exponer el comportamiento de cada uno de los
experimentos incluidos en la simulación (Caída libre, Movimiento Parabólico y
Péndulo Simple), durante el modelado de estos se pudo observar que algunos de
los objetos y actores estaban presentes en cada experimento, además de tener
secuencias de procesos y eventos comunes. Teniendo en cuenta esto, se modeló
un diagrama de secuencia general (Figura 8.11) con el fin de generalizar los
procesos y eventos comunes en cada uno de los experimentos, sin importar que
clase de experimento sea o los elementos diferenciadores que contengan.
54
Figura 8.8: Diagrama de secuencia - Experimentar Caída Libre
Fuente: Elaboración propia.
56
Figura 8.9: Diagrama de secuencia - Experimentar Movimiento Parabólico.
Fuente: Elaboración propia.
57
Figura 8.10: Diagrama de secuencia - Experimentar Péndulo Simple.
Fuente: Elaboración propia.
58
Figura 8.11: Diagrama de secuencia general
Fuente: Elaboración propia
59
8.2.5. Diagramas de Estado
El diagrama de estado muestra en detalle la transición que ocurre entre cada
uno de los estados presentes dentro del sistema, se muestra a su vez un estado
central nombrado "Observando", del cual se desprenden los demás estados. En el
estado "Interactuando" se muestran unos sub-estados, los cuales se pueden
presentar dependiendo el experimento que haya sido escogido con anterioridad,
además se muestran algunos estados que están presentes en cada experimento.
Figura 8.12: Diagrama de estado general.
Fuente: Elaboración propia.
60
8.2.6. Componentes
Para el diseño a nivel de componentes, se tomaron en cuenta los elementos
principales que componen el prototipo de software, se obtuvo como componente
central el Simulador con el cual se realizarán las actividades principales, también
existen tres componentes secundarios que son; Motor 3D, Gestor de Simulación y
Experimentos físicos los cuales proporcionan un servicio que consume el
componente principal.
Figura 8.13: Diagrama de componentes
Fuente: Elaboración propia.
61
Cabe destacar que este diagrama permite visualizar con mayor facilidad la
estructura general del sistema y el comportamiento del servicio que estos
componentes proporcionan y utilizan a través de las interfaces.
8.2.7. Interfaz de usuario
Teniendo como base los principios (EcuRed, 2015) y lineamientos del diseño
de la interfaz de usuario (Nielsen, 1993) (S. Pressman, 2010), se establecieron un
conjunto de metas necesarias con el fin de lograr que esta sea apropiada, eficaz e
intuitiva para los usuarios finales, con la ayuda de estas metas se pudo realizar un
prototipo de la interfaz final de usuario.

Usabilidad.
o Fácil de usar.
o Fácil de aprender.
o Fácil de recordar.
o Fácil de navegar.

Uso de términos familiares para los usuarios.

Coherencia entre la forma de interacción del usuario con la
presentación de la información.

No involucrar al usuario con el funcionamiento interno del sistema.

Lograr que la interfaz sea atractiva para los usuarios.
Siguiendo un flujo de trabajo establecido por R. Pressman para el diseño de
una interfaz de usuario, se llegó a la realización de dos modelos, el primer modelo
62
presentado en la Figura 8.14, el cual muestra la interfaz de inicio del prototipo para
la visualización y posterior elección de los experimentos, y el segundo modelo
presentado en la Figura 8.15 el cual muestra la distribución de los diferentes
elementos de la interfaz de usuario común para todos los experimentos, además de
dar una clara división de los diferentes espacios de interacción con el usuario.
Para el Modelo1 (Figura 8.14), se tomaron en consideración dos objetivos
principales, acorde con los requerimientos del sistema, el primero orientado hacia
la visualización y el segundo orientado a la elección con el que el usuario quiera
interactuar.
Figura 8.14: Modelo1 de interfaz del inicio del prototipo.
Objetivos:
Objetivo #1:
Ex1
Visualizar los
experimentos
Ex2
Ex3
Exn
Objetivo #2:
Elegir un
experimento
Espacio Tridimensional
Fuente: Elaboración propia.
Para el Modelo2 (Figura 8.15), en primer lugar, se realizó la revisión de los
requerimientos y se refino para obtener cierta información necesaria para el modelo
de la interfaz, como:

Se debía hacer una distribución óptima para que las representaciones
tridimensionales sean fáciles de visualizar.
63

Era necesario darle una ubicación estática a los paneles de interacción
de los experimentos.
En segundo lugar, se realizó un esquema aproximado de la interfaz de
usuario teniendo en cuenta lo determinado anteriormente, después se estableció el
número de objetivos que debe cumplir la interfaz con respecto a acciones
específicas que realiza el usuario.
Figura 8.15: Modelo2 de interfaz de los experimentos.
Objetivos:
Botón
Objetivo #1:
Ejecutar el experimento.
Objetivo #2:
Espacio
Visualizar tiempos de
experimentación.
Tridimensional
Objetivo #3:
Inicializar y pausar
tiempo de
experimentación.
Objetivo #4:
Modificar valores del
experimento.
Objetivo #5: Visualizar valor de la altura del objeto.
Objetivo #6: Interactuar con los elementos tridimensionales.
Fuente: Elaboración propia.
64
9. ARQUITECTURA
Para entender la naturaleza del proyecto, se llevó a cabo un diseño
arquitectural explicado en 16 puntos de vista, que abarca desde la visualización del
negocio, pasando por una vista de la aplicación hasta llegar a la infraestructura,
estos puntos de vista fueron diseñados usando el lenguaje Archimate, teniendo en
cuenta que las herramientas con las que cuenta son adecuadas para exponer en
detalle las características y dominios del sistema.
Haciendo un análisis del sistema se obtuvo una vista global
Figura 9.1 que muestra los principales aspectos de cada una de las capas
(negocio, aplicación e infraestructura) y como se comunican entre ellas, teniendo en
cuenta los elementos que las componen, todos estos elementos son explicados en
profundidad durante el desarrollo de los diferentes puntos de vista, iniciando por los
servicios, procesos y funciones de negocio más importantes con el fin de resaltar
los aspectos más relevantes como; Brindar apoyo a la enseñanza y Simular espacio
de enseñanza, con los cuales se define el propósito del producto que se va a obtener
como resultado de la elaboración de proyecto, del mismo modo se hace alusión a
los componentes más importantes de la aplicación que son; Gestor de simulación y
Motor de renderización 3D, ya que estos son usados por el componente principal
que es el Objeto de aprendizaje, y finalmente se tiene un servicio de infraestructura
principal que es Servicio de ejecución Web para la ejecución del prototipo de
software por medio de un sistema de software; el Navegador Web.
65
Figura 9.1: Diagrama Introductorio de la Arquitectura del proyecto
66
Fuente: Elaboración propia.
67
9.1.
CAPA DE NEGOCIO
9.1.1. Punto de vista de Organización
El punto de vista de organización muestra la estructura del negocio,
exponiendo los actores y la relación que tiene cada uno de ellos con el sistema. La
ubicación general del negocio se sitúa en la Web, teniendo en cuenta la naturaleza
del objeto de aprendizaje y su orientación hacia las aplicaciones Web. A la ubicación
se le asigna un actor Simulador, quien se presenta como unidad de negocio.
Finalmente se tienen 3 especializaciones del actor Simulador; Estudiante,
Administrador y Físico, a este último actor se le asigna el rol de Profesor de Física,
dando una idea de las funciones que posee.
Figura 9.2: Punto de vista de organización.
Fuente: Elaboración propia.
68
9.1.2. Punto de vista de Cooperación de Actor
Este punto de vista se enfoca en mayor medida en las relaciones que existen
entre los actores y su ambiente, de manera que se logra observar las
colaboraciones y cooperaciones presentes en uno o más actores. En este punto de
vista el Estudiante tiene la responsabilidad de realizar una conducta específica,
debido a esto se muestra como un rol, y al igual que el Profesor de física usan a la
interfaz Escenarios de experimentación, el Profesor de física en conjunto con el
administrador se agregan a una colaboración mediante el Diseño de experimentos.
Figura 9.3: Punto de vista de cooperación de actor.
Fuente: Elaboración propia.
69
9.1.3. Punto de vista de Función de Negocio
El punto de vista de Función de negocio como su propio nombre lo indica
muestra las principales funciones y sus relaciones en términos del flujo de
información que se presenta. Al rol de Profesor de física
se le asignan dos
funciones; Establecimiento de los canales de comunicación y la Parametrización de
los escenarios de experimentación, la cual describe la manera en que el profesor
delimita los valores que pueden tomar el experimento en su respectivo escenario, y
a su vez dispara la función Simulación de los espacios de enseñanza, asignada al
rol Simulador, y encargada de representar las características necesarias para que
un espacio determinado pueda ser adecuado para la enseñanza, y así, fluya hacia
la función Interacción con el entorno asignada al Estudiante. El rol Simulador
también tiene asignadas otras dos funciones; Apoyo a los procesos de enseñanza
y Entrega de resultados, ambas orientadas a la tarea de ser un complemento del
tema a enseñar.
Figura 9.4: Punto de vista de función de negocio.
Fuente: Elaboración propia.
70
9.1.4. Punto de vista de Proceso de Negocio
Para la construcción del punto de vista de proceso de negocio, se inició con
la deducción de los servicios principales que presta el negocio, el primero de estos
es Brindar apoyo a la enseñanza y el segundo Simular espacio de enseñanza.
El servicio de Brindar apoyo a la enseñanza, es realizado por el primer
proceso principal de negocio que es Apoyo a los procesos de enseñanza, para
poder llevar a cabo este proceso existe un flujo de procesos que lo realizan y son
activados por un evento llamado Solicitud de herramienta virtual, lo cual indica que
es necesaria una herramienta virtual de aprendizaje, al dispararse este evento se
inicia uno de los procesos secundarios llamado Selección de temas según el
contenido del curso, después de esto se hace la Generación de escenarios que
permitan el desarrollo de los temas, teniendo en cuenta que estos escenarios tienen
que tener características apropiadas para que se pueda desarrollar correctamente
el objeto de aprendizaje, y finalizando el flujo se lleva a cabo el proceso de
Simulación interactiva de los experimentos, obteniendo el Objeto de aprendizaje.
Figura 9.5: Punto de vista de proceso de negocio - réplica de objetos en 3D.
Fuente: Elaboración propia.
71
El servicio Simular espacio de enseñanza, es realizado por el segundo
proceso principal de negocio llamado Replica de objetos en 3D, para llevar a cabo
este proceso, existe un flujo de procesos que son activados por un evento de Diseño
de un aula, al dispararse este evento se inicia el proceso de Determinación de
elementos necesarios en el aula para establecer las diferentes funcionalidades que
estarán disponibles en el aula virtual, a continuación se realiza la Caracterización
de un aula con el fin de lograr que los usuarios finales se sientan familiarizados con
un ambiente real de clases, y finalmente se hace el Modelado tridimensional del
aula, todo este flujo de procesos da como resultado un objeto llamado Aula.
Figura 9.6: Punto de vista de proceso de negocio – apoyo a los procesos de
enseñanza.
Fuente: Elaboración propia.
72
9.1.5. Punto de vista de Cooperación de Proceso de Negocio
Este punto de vista muestra las relaciones existentes entre uno o más
procesos de negocio y su entorno. El rol Simulador es asignado a la locación Web,
así mismo del proceso Apoyo a los procesos de enseñanza (asignado a Simulador),
tiene como especialización el proceso Simulación interactiva de los experimentos,
la cual se encarga de representar los experimentos que sean apropiados y se
establecen las variables que pueden ser interactivas, y de esta manera se asigna al
rol Estudiante.
Figura 9.7: Punto de vista de cooperación de proceso de negocio.
Fuente: Elaboración propia.
73
9.1.6. Punto de vista de Producto
El punto de vista de producto representa el valor que estos productos pueden
llegar a ofrecer a los entes involucrados en el negocio, y se muestra la composición
de los productos. En el diagrama se muestra el producto principal del negocio;
Simulador Interactivo, a quien se le asocia el valor Complejidad incremental de la
experimentación, el cual describe la característica de aumentar la cantidad de
experimentos o variables tanto como el tema lo requiera. A su vez el Simulador
Interactivo agrega a los servicios; Brindar apoyo a la enseñanza (Realizado por el
proceso Apoyo a los procesos de enseñanza asignado al rol Estudiante) y a Simular
espacio de enseñanza (Realizado por el proceso Replica de objetos en 3D, el cual
se refiere a la capacidad de diseñar y construir un ambiente que cuente con los
elementos necesarios para la enseñanza).
Figura 9.8: Punto de vista de producto.
Fuente: Elaboración propia.
74
9.2.
CAPA DE APLICACIÓN
9.2.1. Punto de vista de Comportamiento de Aplicación
Como su nombre lo indica, este punto de vista describe el comportamiento
interno de la aplicación, identificando las funciones de aplicaciones que se realizan.
El componente principal Objeto de aprendizaje se compone de 3 componentes;
Motor de renderización 3D, encargado de generar la parte gráfica, y al cual se le
asigna la función Renderización de objetos tridimensionales. Experimentos de
física, componente que garantiza la consistencia de los experimentos ejecutados,
debido a esto tiene asignada la función Aplicación de los modelos matemáticos.
Gestor de simulación, este componente se encarga de ejecutar las variables de
interactividad, y tiene asignada la función Visualización de resultados. Estos dos
últimos componentes son agregados a la colaboración Simular experimentos.
Figura 9.9: Punto de vista de comportamiento de aplicación.
Fuente: Elaboración propia.
75
9.2.2. Punto de vista de Cooperación de Aplicación
El punto de vista de Cooperación de aplicación describe las relaciones entre
los componentes de la aplicación en términos de flujo de información entre ellos. En
el diagrama (Figura 9.10), se identifican dos ubicaciones generales: El Front-End y
el Back-End, en donde la primera ubicación sitúa todos los elementos que
interactúan de cierta forma con el usuario (conformada por el componente Objeto
de aprendizaje, el cual es usado por los componentes Motor de renderización 3D y
Gestor de simulación), y la segunda sitúa a los elementos encargados de procesar
la información que será devuelta al Front-End (en esta ubicación se encuentra el
componente Experimentos de física usado por Objetos de aprendizaje).
Figura 9.10: Punto de vista de cooperación de aplicación.
Fuente: Elaboración propia.
76
9.2.3. Punto de vista de Estructura de Aplicación
Este punto de vista es útil en el diseño y la comprensión de la estructura
principal de las aplicaciones y sus datos asociados, ya que muestra las diferentes
interfaces que utilizan cada uno de los componentes secundarios para comunicarse
con el componente principal. La interfaz de Representación, muestra un servicio
ofrecido por el componente de Motor de renderización 3D, el cual es consumido por
al componente Objeto de aprendizaje, del mismo modo las interfaces Construcción
y Experimentación, brindan servicios ofrecidos por los componentes Experimentos
de física y Gestor de simulación respectivamente, los cuales son consumidos por el
componente principal ya mencionado.
Figura 9.11: Punto de vista de estructura de aplicación.
Fuente: Elaboración propia.
77
9.2.4. Punto de vista de Uso de Aplicación
Este punto de vista describe como se utiliza el diseño de una aplicación
mediante la identificación de los servicios que necesitan los procesos de negocio y
otras aplicaciones. La figura 9.12 muestra como el proceso Apoyo a los procesos
de enseñanza asignado al rol Estudiante, usa el servicio de aplicación Realización
del experimento, el cual consiste en la construcción del experimento que establecido
para el desarrollo del tema. Y este servicio de aplicación a su vez es realizado por
el componente Gestor de simulación.
Figura 9.12: Punto de vista de uso de aplicación.
Fuente: Elaboración propia.
78
9.3.
CAPA DE INFRAESTRUCTURA
9.3.1. Punto de vista de Infraestructura
Este punto de vista contiene los elementos tanto de software como de hardware de
infraestructura, usados como apoyo a la capa de aplicación. El Servidor Web está
ubicado en la locación Host, este Servidor Web especializa el sistema de software
Simulador, y este a su vez especializa a WebGL, especificación encargada de los
gráficos en tercera dimensión (3D), el cual usa la librería Three.js, la cual permite la
realización de animaciones 3D en el navegador. El Usuario mediante el protocolo
TCP/IP se conecta a Internet, y este se asocia al Servidor Web creando la
comunicación entre el software y el usuario.
Figura 9.13: Punto de vista de infraestructura.
Fuente: Elaboración propia.
79
9.3.2. Punto de vista de Uso de Infraestructura
Punto de vista de uso muestra cómo las aplicaciones están soportadas por el
software y hardware de infraestructura. Se tienen dos nodos generales; Servidor
Web y Servidor 3D. El Servidor Web, contiene los componentes Gestor de
simulación, Experimentos de física y Construcción 3D, los cuales son usados por el
componente principal Objeto de aprendizaje. El componente Construcción 3D
encargado de la elaboración de los elementos tridimensionales, está asociado con
el componente Motor de renderización 3D, ubicado en un nodo aparte de los demás
componentes, ya que realiza un proceso independiente el cual consume sus propio
recursos.
Figura 9.14: Punto de vista de uso de infraestructura.
Fuente: Elaboración propia.
80
9.3.3. Punto de vista de Organización e Implementación
Este punto de vista muestra como una o más aplicaciones se realizan sobre la
infraestructura. El objeto Simulador, está asociado con el componente principal
Objeto de aprendizaje, el cual usa el Navegador Web, este a su vez realiza el
servicio de infraestructura Servicio de ejecución Web, el cual ofrece la posibilidad
de consumir las funcionalidades que genera el software mediante la Web.
Figura 9.15: Punto de vista de organización e implementación.
Fuente: Elaboración propia.
9.3.4. Punto de vista de Estructura de Información
Este punto de vista maneja esencialmente los objetos para mostrar la
estructura de información, de esta manera el Simulador se comporta como un objeto
representativo de la aplicación compuesto por dos objetos; el Gestor de
experimentos y Modelo 3D, este objeto de aplicación realiza el objeto de negocio
Software, el cual es la especialización del objeto de negocio principal Objeto de
81
aprendizaje, junto con el objeto Documentos, a su vez, el objeto Gestor de
experimentos está compuesto por tres objetos; el Contexto que maneja y regula los
modelos
matemáticos
utilizados
en
los
experimentos,
los
Elementos
complementarios que haden referencia a los objetos adicionales presentes en el
aula virtual tales como la rampa, el cronometro, etc., y los Experimentos que hacen
referencia a las simulaciones de los diferentes experimentos que existen en el
sistema, y finalmente el objeto Modelador 3D que está compuesto por dos objetos;
el Motor de renderizado que se encarga del proceso de construcción y ejecución de
los diferentes elementos representados de forma tridimensional y el Escenario
gráfico, el cual muestra la forma en la que son presentados todos los objetos que
son modelados en 3D.
Figura 9.16: Punto de vista estructura de información.
Fuente: Elaboración propia.
82
9.3.5. Punto de vista de Realización del Servicio
En este punto de vista se puede observar cómo los servicios de negocio son
realizados por los procesos subyacentes, esto se muestra en el puente que se
realiza entre el objeto de aplicación Simulador y el objeto de negocio Software
mediante su relación de realización, donde a su vez interactúa con el rol que
presenta el Estudiante, el cual representa directamente al usuario que consume este
objeto de aprendizaje, de esta manera se asigna al proceso de negocio principal
Apoyo a los procesos de enseñanza, quien finalmente es el que realiza el servicio
de negocio Brindar apoyo a la enseñanza, mostrando de esta manera toda la
sucesión que se lleva a cabo para la realización del servicio.
Figura 9.17: Punto de vista de realización del servicio.
Fuente: Elaboración propia.
9.4.
PUNTO DE VISTA DE CAPAS
Este punto de vista agrupa los elementos más importantes de cada una de
las capas que componen la arquitectura general del proyecto.
83
Figura 9.18: Punto de vista de capas.
Fuente: Elaboración propia
83
10. CONCLUSIONES
Un entorno de apoyo al aprendizaje virtual que contiene elementos
tridimensionales proporciona a los usuarios la sensación de estar aprendiendo en
un ambiente familiar y realista, lo cual brinda estrategias didácticas que ayudan a
los estudiantes en el uso de tecnologías emergentes como apoyo a los procesos de
enseñanza, además de reducir los riesgos que existen al llevar a cabo experimentos
que se realizan en un laboratorio con diferentes elementos que pueden llegar a ser
peligrosos para personas no expertas, llevándolos a un contexto controlado que no
los exponga a estos posibles accidentes.
El uso de objetos de aprendizaje incorpora en un ambiente virtual una
herramienta educativa de fácil acceso, utilizando la Web como ente de difusión de
conocimiento, despertando el interés de los estudiantes hacia la experimentación
de la física por medio de este tipo de herramientas, favoreciendo el aprendizaje
independiente y autónomo del estudiante, sin dejar de un lado el trabajo cooperativo
con el profesor/tutor.
Gracias a la metodología utilizada para la elaboración del proyecto, se llegó
a la producción de diferentes artefactos indispensables, tales como un prototipo de
software que proporciona todas las herramientas requeridas para que las
simulaciones interactivas de los experimentos físicos propuestos se lleven a cabo
en su totalidad y sean coherentes con las leyes físicas y los modelos matemáticos
que afectan a cada uno. También se obtuvo la documentación necesaria para
argumentar de manera específica todo el proceso que se llevó a cabo para la
elaboración del proyecto.
84
11. TRABAJOS FUTUROS
En este proyecto la comunicación entre usuarios se da de forma
independiente al prototipo de software, ya que siendo una herramienta de apoyo al
aprendizaje, el profesor se comunica con sus estudiantes de manera presencial y
así provee los paramentos previamente establecidos, para que los estudiantes lo
lleven a cabo en el entorno de aprendizaje, por lo tanto sería posible implementar
un tipo de comunicación entre profesor y estudiante dentro del prototipo de software
que sea oral – escrita (con acceso a internet) o gestual (mediante representaciones
visuales con gestos entre los usuarios).
Incluir diferentes escenarios o entornos tridimensionales diferentes al salón
de clase para que la interacción con los fenómenos sea más didáctica dependiendo
de las características que los estudiantes varíen durante el experimento, a su vez
es posible incrementar el enfoque de los experimentos, agregando otros
experimentos físicos o de otras ciencias
Utilizando nuevas tecnologías se puede aumentar el nivel de inmersión del
usuario, haciendo uso de artefactos como Oculus5, se agregan características de
realidad virtual, añadiendo nuevas y mejores funciones ampliando el nivel de
interacción y realismo que puede ofrecer la herramienta.
Diseñar un metamodelo que logre abstraer todo los conceptos manejados en un
objeto de aprendizaje, de manera que se genere una descripción y especificación
de los elementos que lo componen, así como también la relación que existen entre
estos. Proponiendo así un tipo determinado de conceptos y reglas que pueden ser
usados en la construcción de objetos de aprendizaje.
5
Oculus: Es un visor de realidad virtual desarrollado por Oculus VR
85
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