EDU22

K-IMAGEN CONCEPTOS: APLICACIÓN EDUCATIVA PARA COLOCAR
CONCEPTOS SOBRE UNA IMAGEN UTILIZANDO EL DISPOSITIVO KINECT
Georgina Morales Chavira, Germán Josué Villalobos González, Edgar Omar
Bañuelos Lozoya, Omar Fernando Alvarado Yáñez
Instituto Tecnológico de Parral
Ave. Tecnológico #57, Hidalgo del Parral, Chihuahua, C.P. 33800
[email protected], [email protected], [email protected],
[email protected]
Resumen: En este artículo se describe la aplicación educativa K-Imagen Conceptos.
Desarrollada en el marco de una investigación en el Instituto Tecnológico de Parral,
esta aplicación emplea el dispositivo Kinect para permitir al usuario acomodar etiquetas
en una imagen a través del movimiento de los brazos con la finalidad de identificar
partes o elementos significativos. K-Imagen Conceptos representa un esfuerzo por
aprovechar de mejor forma las nuevas tecnologías en pro del aprendizaje de los
alumnos y es configurable para trabajar con imágenes de diversos tópicos y niveles
educativos. En la parte final del artículo también se detalla el proceso realizado para
evaluar la aplicación así como los resultados más significativos.
Palabras clave: Kinect, Educación, Tecnologías para el Aprendizaje.
1. INTRODUCCIÓN
El quehacer del docente ha ido evolucionando y recientemente se retoman esquemas
como el modelo por competencias para enriquecerlo. Esto genera cuestionamientos
relacionados con el uso efectivo de las tecnologías de la información en la búsqueda
del aprendizaje significativo en los alumnos pues los modelos educativos actuales
requieren y exigen un uso efectivo de las tecnologías.
El problema se fundamenta en la necesidad y oportunidad de aprovechar nuevos
dispositivos de interacción hombre-máquina; como el Kinect, en el desarrollo de
aplicaciones que contribuyan de mejor manera al aprendizaje significativo de los
alumnos en las aulas de clase. Es por ello que K-Imagen Conceptos está diseñada
como un juego que crea una dinámica que involucra el acomodo de los nombres de las
partes de una imagen. Permite al usuario; a partir de un archivo de configuración del
juego, colocar el nombre de una parte sobre una imagen u objeto y verificar si la
posición es la correcta.
De este modo esta aplicación complementará y ayudará a mejorar la formación
de los estudiantes del Instituto Tecnológico de Parral.
2. MARCO TEÓRICO
Los principales conceptos relacionados son:
•
•
•
•
•
•
Sensor KINECT, es un dispositivo físico que contiene cámaras, un arreglo de
micrófonos y un acelerómetro así como software para procesar color,
profundidad y datos de esqueleto (MSDN, 2013a). Fue diseñado originalmente
para la consola de videojuegos Xbox 360 permitiendo suprimir los controles
físicos y convirtiendo al usuario en el control reflejando los diferentes
movimientos y reacciones para ejecutar acciones en los juegos.
KINECT SDK, conocido también como Kinect para Windows SDK, proporciona
las APIs nativas y administradas y las herramientas necesarias para desarrollar
aplicaciones de Kinect para el sistema operativo Windows (Microsoft, 2012).
Plataforma .NET, es una plataforma de desarrollo para construir aplicaciones
para Windows, Windows Phone, Windows Server y Windows Azure. Consiste en
un lenguaje común de ejecución (CLR) y las librerías de clases .NET;
proporciona un ambiente de desarrollo y ejecución de aplicaciones para una
variedad de lenguajes incluyendo Visual Basic y Visual C# (MSDN, 2013b) .
Microsoft Visual Studio, es una suite de herramientas de desarrollo de software
basado en componentes y otras tecnologías para construir aplicaciones para
entornos Windows (MSDN, 2013c).
Lenguaje Visual C#, es un lenguaje de programación diseñado para crear
aplicaciones que se ejecutan en la plataforma .NET. Supone una evolución de
Microsoft C y Microsoft C++ (MSDN, 2013d).
XML, acrónimo de Extensible Markup Language (lenguaje extensible de marcas),
es un lenguaje usado para transportar o almacenar datos estructurándolos en un
documento utilizando etiquetas auto-descriptivas (W3Schools, 2013).
3. ANTECEDENTES
Se han desarrollado diversas aplicaciones que interactúan con el dispositivo Kinect y
que están dirigidas a varios ámbitos, en el caso del ámbito educativo algunas son:
• Investigate the Digestive System, enseña a los estudiantes las diferentes partes
del sistema digestivo usando Kinect. El usuario arrastra y coloca las partes del
sistema digestivo en los recuadros obscuros y la aplicación verifica que sean
correctos, siendo correctos el recuadro obscuro desaparece y el nombre de la
parte resalta (Chambers, Digestive System–Kinect and Science, 2011).
• Kinect Mix and Match, permite relacionar palabras entre dos columnas. El
usuario selecciona una palabra de la primera columna y la relaciona con otra de
la segunda columna. Originalmente está diseñada para el aprendizaje de
lenguajes pero puede utilizarse para otros ámbitos como el de relacionar palabra
con su significado (Chambers, 2012).
• KinectMath, aplicación enfocada a la enseñanza de temas de matemáticas
utilizando una interfaz basada en Kinect; a través de movimientos de los brazos y
manos introduce al alumno en conceptos de manipulación de funciones, teoría
de grafos y manipulación de figuras geométricas (Angotti, 2013).
• WordFiller, es un proyecto de software educativo que utiliza un pizarrón
interactivo y Kinect para presentar fragmentos de texto y permitir que el usuario
arrastre palabras hacia huecos visibles, contando con niveles de dificultad
configurables (Moffitt, 2013).
•
Aunque no representa un proyecto en específico, KinectEducation constituye una
comunidad en línea donde se exponen consejos e ideas para el desarrollo de
aplicaciones educativas con Kinect, además de contar con enlaces para algunas
aplicaciones de ejemplo ya terminadas (Kissko, 2013).
4. ANÁLISIS DEL PROBLEMA Y METODOLOGÍA DE SOLUCIÓN
El dispositivo Kinect abre un abanico extenso de posibilidades que se pueden
aprovechar en el desarrollo de aplicaciones educativas para distintos niveles
académicos. Debido a que en la institución no se cuentan con estrategias de
aprendizaje basadas en este tipo de tecnología se decidió investigar sobre esta
tecnología para su implementación. La metodología de solución fue la siguiente:
1. Se revisó y analizó la documentación de las características del Kinect, el entorno
de programación y las primitivas básicas de funcionamiento.
2. Se identificaron materias, temas y actividades que pudieran beneficiarse del uso
de software educativo interactivo de la carrera de I.S.C del plan 2010 utilizando
el Kinect para elegir y determinar la aplicación a desarrollar.
3. Una vez definida la aplicación se realizó el documento de especificación de
requerimientos con base en el estándar IEEE 830.
4. Tomando como base los requerimientos de la aplicación se realizó el diseño y
modelado de los casos de uso, diagrama de componentes, diagrama de clases,
entre otros.
5. Al tener diseñada la arquitectura de la aplicación se realizó la redacción de plan
de pruebas con base en el estándar IEEE 829. Después se prosiguió a la
codificación de la aplicación según los requerimientos definidos. Una vez
terminada la codificación se ejecutó el plan de pruebas con el fin de verificar que
se cumplieran los requerimientos establecidos.
6. Por último, la evaluación de la aplicación se realizó con una muestra de alumnos
del área de sistemas. Aunado a esto se analizaron las condiciones de factibilidad
para implementar este tipo de aplicaciones en la institución.
5. DESCRIPCIÓN DE KINECT IMAGEN CONCEPTOS
K-Imagen Conceptos es una aplicación que utiliza el Kinect como medio de control para
interactuar con la aplicación remplazando el mouse manual.
Esta aplicación es un juego que se puede implementar para crear dinámicas en
las aulas de clases en las materias donde se genere la necesidad de aprender los
nombres y ubicaciones de las partes de un objeto o imagen. Permite al usuario cargar
el archivo del juego y con esta información asignar los nombres de las partes de una
imagen en una posición y verificar si se asignaron en la posición correcta.
5.1 Entorno de Desarrollo
El entorno de desarrollo fue el siguiente:
• Kinect SDK v1.5.
• .NET Framework 4.5
•
•
•
Microsoft Visual Studio 2010
Lenguaje C#.
Sistema Operativo Windows 7 Profesional.
5.2 Funcionalidades de la aplicación
K-Imagen Conceptos tiene las siguientes funcionalidades:
1. Cargar el archivo de configuración del juego, permite abrir el buscador de
archivos para seleccionar y abrir el archivo de configuración del juego (Figura 1).
Figura 1. Localización, selección y carga del archivo del juego.
2. Visualizar el escenario, en esta ventana se cargan los conceptos en las listas de
partes, se carga la imagen y las áreas de asignación donde se colocaran los
conceptos (Figura 3).
3. Selección y colocación de un concepto, permite seleccionar un concepto de la
lista de partes y colocarlo sobre un área de asignación sobre la imagen (Figuras
2 y 3).
4. Verificación de los conceptos y reinicio del juego, si todos los conceptos son
colocados correctamente muestra un mensaje de ganador, en caso contrario
muestra el número de equivocaciones. El usuario puede reiniciar el juego en
cualquier momento que lo desee.
5.3 Interfaz Kinect-Jugador
La interacción entre el Kinect y el usuario se genera desde que inicia la aplicación.
Kinect detectará y seguirá la mano derecha del jugador. Para mover el cursor el jugador
solo tendrá que mover su mano derecha, para la selección de un concepto el jugador
deber colocar la mano derecha sobre el concepto y sin moverla levantar la mano
izquierda, para arrastrar el concepto el jugador deberá seleccionar el concepto y una
vez seleccionado sin bajar la mano izquierda mover la mano derecha hacia donde
desea mover el concepto, para soltar el concepto el jugador después de arrastrar el
concepto solo deberá bajar la mano izquierda.
Figura 2. Escenario y selección del concepto en la lista de partes.
Figura 3. Visualización del concepto seleccionado en el área de asignación.
5.4 Configuración del archivo de juego
K-Imagen Conceptos hace uso de un archivo XML de configuración de juego que
contiene el título del mapa, descripción, concepto principal y la lista de tripletas o
relaciones las cuales son formadas por un concepto fuente, relación y un concepto
destino. Este archivo se carga antes de comenzar el juego.
La composición general del archivo de configuración del juego tiene la estructura
mostrada en la Figura 4.
Figura 4. Estructura del archivo XML.
6. EVALUACIÓN DE LA APLICACIÓN
En la evaluación cada alumno realizó un listado de movimientos diseñados para probar
todas las opciones y terminar un juego completo, contestando al final la encuesta para
conocer su experiencia y opiniones. Los objetivos de la evaluación fueron los
siguientes:
a) Evaluar la usabilidad de la aplicación educativa utilizando el dispositivo Kinect.
b) Conocer el interés de los alumnos sobre la implementación del dispositivo Kinect
como herramienta didáctica en las aulas de clase en el ITP.
c) Determinar el impacto de utilizar el dispositivo en las aulas del ITP.
d) Analizar los beneficios de implementar el dispositivo en la impartición de
materias en el ITP.
La unidad de análisis fueron; 314 alumnos del Instituto Tecnológico de Parral que
pertenecen al departamento de Sistemas y Computación. Para definir el tamaño de la
muestra se utilizó la Fórmula 1 (Bolaños Rodríguez, 2012).
𝑛=
𝑍𝛼 ! ∗ 𝑁 ∗ 𝑝 ∗ 𝑞
𝐸 ! 𝑁 − 1 + 𝑍𝛼 ! ∗ 𝑝 ∗ 𝑞
(1)
Dónde:
n: Tamaño muestral. = la incógnita a resolver.
N: Tamaño de la población = 314.
Zα: Nivel de confianza con valor correspondiente a la tabla de distribución
normal = 1.645.
p: Prevalencia esperada del parámetro a evaluar p = 0.5.
q: 1 – p. q = 0.5.
E: Error que se prevé comete, si es del 10% E = 0.1.
Substituyendo:
𝒏=
(1.645)! ∗ 314 ∗ 0.5 ∗ 0.5
(0.1! ) 314 − 1 + (1.645)! ∗ 0.5 ∗ 0.5
Dando un total de 56 estudiantes a quienes aplicar la evaluación.
El recurso que se utilizó para el registro de información fue una encuesta
conformada por preguntas cerradas utilizando la escala de Likert para la medición de
los datos, de esta manera se facilita la aplicación de la encuesta y el análisis de los
resultados.
7. RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN
A continuación se describen los resultados más significativos de la evaluación divididos
en las 3 partes que conformaron la encuesta.
7.1 Familiarización con Kinect
En esta primer parte de la encuesta el objetivo era el de conocer que tanto estaban
familiarizados los alumnos con el dispositivo Kinect antes de conocer la aplicación
desarrollada. Como se observa en la gráfica 1 el 85.7% de los alumnos conocen el
dispositivo Kinect (P1), el 37.5% lo han utilizado (P2) y sólo el 10.71% cuenta con uno
en su casa (P3).
100.00% 90.00% 80.00% 70.00% 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% NO SI NO SI [NOMBRE DE LA SERIE] NO P1 P2 P3 Gráfica 1. Familiarización con el dispositivo Kinect.
7.2 Usabilidad
En la segunda parte de la encuesta el objetivo es el de conocer la usabilidad de la
aplicación. Se puede observar que los usuarios tuvieron opiniones favorables en cuanto
a la facilidad para colocar los conceptos sobre la imagen (P1), entender la lógica del
juego (P2) y manejar el cursor (P3).
P6 0.00% 0.00% 0.00% 1.79% 26.79% 35.71% 0.00% 0.00% 14.29% P5 DEMASIADO DIFICIL 3.57% DIFICIL 26.79% NI FACIL NI DIFICIL 41.07% FACIL 60.71% 41.07% 42.86% DEMASIADO FACIL P7 Gráfica 2. Usabilidad de la aplicación.
7.3 Interés de los alumnos e impacto
En esta tercer parte de la encuesta se conoció el interés y el impacto que los alumnos
consideran que obtendrán de utilizar aplicaciones que utilicen el dispositivo Kinect. A
continuación se muestran los resultados de las preguntas que conforman la tercer parte
de la encuesta, donde podemos observar que los alumnos muestran interés en que los
maestros utilicen más tecnología, dinámicas y sobre todo el dispositivo Kinect para la
impartición de las clases. Además de que consideran que pondrían más atención y
serían más participativos también creen que la idea de ubicar conceptos sobre
imágenes es buena y útil y que utilizar aplicaciones educativas con Kinect sería
benéfico para ellos.
P1.- ¿Además del uso del cañón, te gustaría que los maestros utilizaran más
tecnología para la impartición de sus clases?
P2.- ¿Consideras que deberían utilizarse dinámicas de juego en las clases?
P3.- ¿Te gustaría utilizar el Kinect en las clases para aprender jugando?
P4.- ¿Crees que pondrías más atención en una clase donde se utilice el
dispositivo Kinect?
P5.- ¿Participarías más en las clases si se utilizará el dispositivo Kinect?
P6.- ¿Considera que la idea de aprender ubicando conceptos sobre una imagen
es buena?
P7.- ¿Considera que jugar ubicando conceptos sobre una imagen es útil para tu
aprendizaje?
P8.- ¿Considera que el utilizar aplicaciones educativas con Kinect seria benéfico
para tu aprendizaje?
P4 64.29% 30.36% 50.00% 37.50% 46.43% 46.43% P5 5.36% 0.00% 0.00% P3 8.93% 3.57% 0.00% P2 DEFINITIVAMENTE NO 3.57% 3.57% 0.00% 5.36% 1.79% 0.00% P1 25.00% 10.71% 1.79% 0.00% 57.14% 35.71% 5.36% 1.79% 0.00% 30.36% PROBABLEMENTE NO 62.50% INDECISO 1.79% 1.79% 0.00% 32.14% 62.50% PROBABLEMENTE SI 0.00% 0.00% 0.00% 19.64% 64.29% 80.36% DEFINITIVAMENTE SI P6 P7 P8 Gráfica 3. Interés e Impacto.
8. FACTIBILIDAD
Una vez evaluada la aplicación se consideraron diferentes condiciones para conocer la
factibilidad de implementar aplicaciones educativas utilizando el dispositivo Kinect.
• Condiciones económicas, para el acondicionamiento de un aula donde se
implementen aplicaciones utilizando el dispositivo Kinect se requiere
aproximadamente $21,000 MXN. Dado que el laboratorio del ITP cuenta con
equipo para esta causa el monto anterior se reduce significativamente dando un
nuevo total aproximado de $5,000.MXN.
• Condiciones técnicas, el uso del Kinect está condicionado al cambio del sistema
operativo en las máquinas en las que se utilizará, ya que cuentan con Windows
XP y el SDK 1.5 con el que se está trabajando requiere sistema operativo
Windows 7. Las máquinas con las que cuenta el laboratorio de cómputo cumplen
con los requerimientos de hardware del SDK 1.5 para ser instalado.
• Condiciones administrativas, el apoyo por parte de la administración del Instituto
Tecnológico de Parral será favorable para la adquisición de los dispositivos
requeridos
• Condiciones sociales, las encuestas reflejaron que los alumnos consideran que
el uso de esta aplicación sería benéfico para su aprendizaje.
9. CONCLUSIONES
Es factible la implementación de la aplicación desarrollada para el ámbito educativo
puesto que
los resultados de la evaluación son positivos, el costo para el
acondicionamiento de aulas es accesible, sobre todo porque ya se dispone de la
mayoría del equipo, además de que se cuenta con el apoyo de la administración del ITP
y las condiciones sociales para la implementación son favorables.
Aunque la aplicación cumple con las expectativas inicialmente planteadas se
contempla que en futuras versiones se agreguen los módulos necesarios para generar
desde la propia aplicación los archivos de configuración del juego así como mejoras a la
interfaz y al rendimiento en general.
Se contempla adecuar K-Imagen Conceptos a las nuevas versiones de Kinect
SDK y del sensor como tal, además de la publicación del código fuente y el manual
técnico y de usuario para su descarga libre.
10. REFERENCIAS
1. Angotti, R. (2013). KinectMath. Obtenido de http://kinectmath.org/
2. Bolaños Rodríguez, E. (2012). Tema: Muestra y Muestreo. Obtenido de
http://www.uaeh.edu.mx/docencia/P_Presentaciones/tizayuca/gestion_tecnologic
a/muestraMuestreo.pdf
3. Chambers, R. (2011). Digestive System–Kinect and Science. Obtenido de
http://raychambers.wordpress.com/2011/10/16/digestive-systemkinect-andscience/
4. Chambers, R. (2012). Kinect Mix and Match. Obtenido de
http://raychambers.wordpress.com/2012/04/04/kinect-mix-and-match/
5. Kissko, J. (2013). Kinect Education. Obtenido de http://www.kinecteducation.com/
6. Microsoft. (2012). Microsoft Kinect for Windows SDK V1.0 Release Notes.
Obtenido de http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/develop/releasenotes.aspx
7. Moffitt, L. (2013). WordFiller. Obtenido de http://www.lucasmoffitt.com/wordfiller
8. MSDN. (2013a). Kinect for Windows Sensor. Obtenido de
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/hh855355.aspx
9. MSDN. (2013b). .NET Framework 4.5. Obtenido de
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/vstudio/w0x726c2.aspx
10. MSDN. (2013c). Visual Studio Resources. Obtenido de
http://msdn.microsoft.com/en-us/vstudio/cc136611
11. MSDN. (2013d). Lenguaje Visual C#. Obtenido de http://msdn.microsoft.com/eses/library/aa287558(v=VS.71).aspx
12. W3Schools. (2013). Introduction to XML. Obtenido de
http://www.w3schools.com/xml/xml_whatis.asp