DISEÑO INSTRUCCIONAL APLICADO AL DESARROLLO DE SOFTWARE EDUCATIVO. Eugenio Jacobo Hernández Valdelamar.

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1 DISEÑO INSTRUCCIONAL APLICADO AL DESARROLLO DE SOFTWARE EDUCATIVO Eugenio Jacobo Hernández Valdelamar Fundación Arturo Rosenblueth Tecnología Educativa Galileo Insurgentes Sur Colonia del Valle México DF, México Resumen. En este artículo se presenta un método para producir la especificación instruccional de productos de software educativo, independiente del marco metodológico de la ingeniería de software que se use para su desarrollo. Palabras clave: Software educativo, diseño instruccional, modelos instruccionales, patrones pedagógicos, estrategias de aprendizaje. 1. Introducción El producir software de calidad es una tarea compleja. Además de dominar los conocimientos y habilidades técnicas para hacer programas, es necesario apegarse a una metodología que asegure el éxito de los proyectos. Sin embargo, tal vez el factor que más importante en el desarrollo de una solución exitosa es la comprensión del contexto del problema. En el caso del desarrollo de productos educativos de software, el contexto se amplía en dos direcciones: el área de conocimiento y los temas específicos para los cuales el sistema debe proveer una solución de cálculo y visualización; los aspectos pedagógicos que deben implantarse en el sistema para promover observaciones, actividades y experimentos que tengan sentido para los que aprenden y les permita generar nuevos conocimientos. En el proyecto Galileo la visión es ofrecer a los educadores y estudiantes, herramientas y ambientes donde el objetivo de aprender de forma efectiva pueda lograrse.

2 Para lograr esto, contamos con expertos en áreas de conocimiento como matemáticas, física, biología, historia, entre otras, que proponen soluciones que luego son implementadas por nuestros expertos en desarrollo de software. Sin embargo, aunque una de las premisas es contemplar las necesidades de los planes de estudio del nivel escolar al que van dirigidas las aplicaciones, consideramos que debe incorporarse como parte integral del proceso de desarrollo de software, el análisis de necesidades y metas de aprendizaje de los usuarios finales para desarrollar sistemas que satisfagan dichas necesidades. Esta parte se estaba realizando con el enfoque de la ingeniería de requerimientos, orientada a realizar un estudio de factibilidad del sistema, obtener y analizar los requerimientos, y realizar la especificación y documentación de dichos requerimientos. Sin embargo, se detectó que los requerimientos de los sistemas necesitaban complementarse con más información del contexto educativo (requerimientos de dominio), donde los sistemas son aplicados. Es en este sentido se decidió realizar una investigación enfocada a mejorar la especificación instruccional de los productos, a manera que permita a los diseñadores y desarrolladores tomar en cuenta estos aspectos para su implantación, que por lo general son omitidos por su desconocimiento. De esta manera los productos así desarrollados, cumplirán con las expectativas de los usuarios. 2. Necesidades en el desarrollo de software educativo El software educativo es un área bastante particular. Por un lado tiende a que profesores entusiastas se involucren en el mundo de la informática y produzcan programas con actividades que reproducen lo que hacen en el salón de clases; por otro lado, están los informáticos que son atrapados por el encanto de poder enseñar usando la computadora, y tratan de plasmar sus ideas acerca de la educación en el medio que ellos conocen. Al parecer cada quien trabaja por su lado y redescubre el hilo negro con cierta periodicidad. En este contexto pueden identificarse los siguientes fenómenos: Es un hecho que los desarrolladores de software pueden saber mucho de su oficio, pero en la parte educativa predomina solo la intuición. Casi ningún profesionista recibe una formación docente durante sus estudios, por lo que cuando alguien quiere dar clases o colaborar en un proyecto educativo, las únicas referencias que se tienen son las de sus profesores. Por lo anterior se requiere que el personal que colabora en un proyecto educativo sea inducido a la pedagogía con el fin de unificar la visión de los proyectos y sensibilizar a los colaboradores del impacto de los mismos. Existen desarrollos de metodologías de ingeniería de software educativo [1], donde se trata de fusionar a la pedagogía con la ingeniería de software. El problema es que cuando aparecen avances significativos en alguna de las dos áreas (tómese como ejemplo la orientación a objetos [2]), dichas metodologías tratan de ser adaptadas, con el riesgo de obviar sus principios y hacer demasiado énfasis en la tecnología. El problema con este enfoque, es que en los últimos 10 años han aparecido una miríada de metodologías de ingeniería de software con enfoques muy diversos (p.ej. RUP, MSF, metodologías ágiles, orientación a aspectos, procesos centrados en el usuario, etc.) por lo que particularizar cada una de estas para hacer software educativo parece no ser la mejor opción. De lo anterior se aprecian dos necesidades importantes: Proveer al equipo de desarrollo con los conocimientos básicos del contexto educativo, en aras de mejorar la comunicación de ideas y aprovechar el trabajo hecho en esta área.

3 Contar con una herramienta conceptual que permita plasmar los aspectos educativos de la solución, sin tener que modificar el marco de trabajo propio de la ingeniería de software. 3. Pedagogía para no iniciados Qué debe aprender el equipo multidisciplinario sobre pedagogía? Lo deseable es que el equipo conozca los principales conceptos y prácticas de la pedagogía, aplicables a la producción del software educativo. En este sentido es importante saber que la pedagogía es una ciencia de carácter psicosocial que tiene por objeto el estudio de la educación con objeto de conocerlo y perfeccionarlo. También es una ciencia de carácter normativo porque no se dedica a describir el fenómeno educacional, sino a establecer las pautas o normas que hemos de seguir para llevar a buen término dicho fenómeno [4]. Tras analizar los contenidos de esta área de conocimiento, se llegó a la conclusión de que el marco teórico necesario está compuesto (al menos) de los siguientes tópicos: Proceso educativo. Se refiere a plantear un ambiente pedagógico formado por la relación didáctica (entre el objeto de estudio y el maestro), la relación de enseñanza-aprendizaje (entre el maestro y el estudiante) y la relación de aprendizaje (entre el estudiante y el objeto de estudio) [5]. Teorías del aprendizaje. Se refiere a aquellas teorías que intentan explicar cómo aprendemos (Skinner, Bruner, Piaget, Gagné, Papert) [6]. Teorías de la instrucción. Son aquellas que pretenden determinar las condiciones óptimas para enseñar [6]. Diseño curricular. Es el proyecto que preside las actividades educativas, que proporciona información concreta sobre sus intenciones (qué enseñar) y sobre la manera de llevarlas a cabo (cuándo y cómo enseñar y también qué, cuándo y cómo evaluar) [7]. Desarrollo del currículum. Es la puesta en práctica del proyecto, con las necesarias adecuaciones, modificaciones y enriquecimientos continuos, que implica el hecho de contrastar un proyecto educativo con la realidad de las aulas [7]. Esta inducción debe ser complementada con algunos aspectos tecnológicos específicos relacionados con la educación: Fundamentos de la tecnología educativa (medio de comunicación de información + métodos de instrucción) [8]. Desarrollo de instrucción basada en computadora. Desarrollo de recursos multimedia. De la investigación realizada para condensar este marco de referencia, surgió la necesidad de contar con algún método que permitiera analizar las relaciones del proceso educativo con el fin de organizar y presentar la información para lograr un aprendizaje significativo en los sistemas de software desarrollados. Fue ahí donde apareció la referencia a un concepto que relaciona el análisis del aprendiz, con el diseño y desarrollo de la instrucción; esto es llamado diseño instruccional (Robert Glaser, 1962) [9]. Es este método el que se ha tomado como referencia para producir una especificación de los productos de software educativo y que se describe a continuación.

4 4. Método de Especificación Instruccional de Software Educativo (EISE) En principio se entiende por instrucción el ayudar a un aprendiz a cumplir ciertas metas de aprendizaje; a diferencia del entrenamiento (capacitación) que busca que el aprendiz obtenga ciertas habilidades para ser aplicadas de inmediato. Así, el diseño instruccional es el proceso completo de análisis de necesidades y metas de aprendizaje, y el desarrollo de un sistema que cumpla con dichas necesidades (Carl Berger). Para hacer diseño instruccional existen diversos modelos instruccionales, entre los cuales se encuentran ADDIE, ASSURE, el modelo de Dick & Carey, el modelo de Gagne-Briggs, por mencionar algunos [10]. Por fortuna los modelos están estructurados de manera muy similar a los métodos de ingeniería de software, hecho que facilitó su estudio, además de que existen diversas referencias [9] del uso de este enfoque en el desarrollo de materiales educativos multimedia y en la Web. Todos estos modelos tienen componentes comunes: Identificar y analizar los objetivos instruccionales. Planear y diseñar soluciones a los objetivos instruccionales. Implementar una solución. Evaluar y revisar los objetivos, estrategias, etc. Para desarrollar un modelo propio, se adoptaron algunos de los principios del modelo de Dick & Carey, Gagné y ADDIE, además de tomar en cuenta algunos principios de diseño específicos a tecnología educativa, a manera que la especificación pueda plasmar: La estructura del área de conocimiento a explorar. La estructura de los planes de estudio del área de conocimiento del nivel académico correspondiente. Las actividades que estudiantes y profesores realizan. Los materiales instruccionales de soporte existentes y los que se tendrán que desarrollar. Los conocimientos previos del estudiante. El planteamiento de una metáfora (si aplica). La aplicación de patrones pedagógicos y estrategias de aprendizaje. El objetivo es generar una especificación desde la perspectiva pedagógica, que complemente la especificación del software, para así contar con elementos de diseño que de otra manera serían difícilmente perceptibles. La estructura del método EISE es la siguiente (figura 1): 1. Análisis de contenidos. Consiste en revisar los planes de estudio, contenidos, definiciones, tareas y herramientas usadas. 2. Análisis de necesidades. Consiste en identificar las metas de aprendizaje del proyecto instruccional, así como las necesidades entre las metas y el estado actual.

5 3. Análisis instruccional. Consiste en analizar las metas describiendo paso a paso como se lograrán, para determinar los conocimientos y habilidades que el usuario requerirá para realizar cada paso de la meta. 4. Diseño de objetivos y estrategias instruccionales. Consiste en especificar los objetivos instruccionales, los eventos de aprendizaje (de acuerdo a Gagné) y las estrategias (o planes) para presentar la instrucción los usuarios. 5. Diseño de la solución. Consiste realizar una representación de la pantalla instruccional, especificar los principales detalles del modelo que hará funcionar al sistema, y listar los recursos adicionales necesarios (en esta etapa el DI se complementa con algunos principios de diseño de software educativo [13] y técnicas de prototipado de baja fidelidad). 6. Evaluación. Consiste en evaluar el aprendizaje y comportamiento del usuario, así como los efectos del uso de la solución. Cabe resaltar que por su naturaleza, EISE toma en cuenta el trabajo de diseño instruccional hecho por diversas personas e instituciones en el área de conocimiento objetivo. Si el diseño instruccional del currículo es sólido y sus contenidos son muy depurados, como en el caso de las matemáticas, EISE se convierte en una herramienta para explorar cómo es que se enseñan los temas objetivo y proponer una solución que tome en cuenta las mejores prácticas. En cambio si se detecta un hueco instruccional en el área de conocimiento (el tema objetivo se menciona, pero no se desarrolla), el método permite organizar la información y proponer estrategias de enseñanzaaprendizaje que puedan aplicarse en la solución propuesta. Figura 1. Estructura de la especificación instruccional de software educativo (EISE)

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7 Mientras que en otros trabajos [11] se considera separar la actividad pedagógica de la tecnológica, EISE se diseñó para aplicarse de manera complementaria a las fases de desarrollo del proceso de ingeniería de software a usar. De esta manera puede usarse desde las primeras etapas de la concepción del producto un enfoque pedagógico que este siempre presente a lo largo de todo el proceso. El método produce una especificación que se aprovecha en las etapas de análisis y diseño del sistema, no se toma en cuenta la etapa de desarrollo como en los otros métodos, pues en el caso del software educativo, como para cualquier otro software, se requiere aplicar todo el rigor de la ingeniería de software. 5. Diseño instruccional en el proceso de desarrollo de software Dónde encaja el diseño instruccional en un proceso de desarrollo de software? Aunque esto dependerá del tipo de proceso que se adopte, se plantean como escenarios el uso de EISE con RUP (Rational Unified Process) y UCP (User-Centered Process). Figura 2. Diseño instruccional en el contexto de RUP Si se trabaja con RUP, el DI puede ser útil desde el inicio (figura 2). Es importante acotar el área de conocimiento en la que se trabajará, así como identificar que objetivos de aprendizaje se desean implementar. Para especificar la arquitectura del sistema, es muy importante establecer como la aplicación apoyará los eventos de aprendizaje. Durante la especificación de requerimientos será necesario conocer a los usuarios y cómo interactuarán con el sistema. Los resultados serán aplicados en el diseño del sistema. En el caso de un proceso centrado en el usuario como UCD (User-Centered Discovery Design Development Deployment) [12], el DI es un excelente complemento en las fases de descubrimiento y diseño, pues se hace énfasis en el análisis de metas del usuario, y tratándose de software educativo, hay un empate natural entre estas metas y las metas instruccionales; además al plantear los escenarios de uso, también el análisis instruccional provee mucha información complementaria relacionada a lo que los estudiantes y profesores hacen en clase (figura 3).

8 Figura 3. Diseño instruccional en el contexto UCP Puede notarse que el diseño instruccional es una actividad constante en todo el proceso de desarrollo, pero sobre todo al llevar el producto al aula, este contará con una justificación pedagógica sólida que permitirá una adopción más sencilla, sobre todo por parte de los profesores. 6. Conclusiones De la necesidad de contemplar los aspectos educativos en el proceso de desarrollo de software, se desarrollo un método para especificar las necesidades, objetivos y metas de aprendizaje que los sistemas deberán cubrir. Esto ha implicado inducir al equipo de desarrollo en una nueva área de conocimiento que nos permitirá una mejor comunicación con las instituciones y usuarios finales (maestros y estudiantes). Dicha inducción permite que la adopción de EISE tenga sentido para el personal de otras profesiones, pues provee un medio para aplicar los conocimientos recién adquiridos. Hasta el momento, EISE se ha utilizado para especificar las nuevas herramientas de construcción y simuladores que se están desarrollando en el proyecto Galileo, lo cual ha permitido: 1. Mejorar la comprensión del contexto educativo de las áreas de conocimiento. 2. Mejorar el diseño conceptual y visual de los productos educativos. 3. Mejorar la comunicación con los evaluadores institucionales a quienes se les han presentado los nuevos productos. 4. Mejorar la comunicación con los profesores durante la capacitación y las pruebas de campo. Referencias [1] Ingeniería de software educativo. Álvaro H. GALVIS PANQUEVA. Ediciones UNIANDES ISBN: X [2] Ingeniería de software educativo con modelaje orientado por objetos: un medio para desarrollar micromundos interactivos. Ricardo A. GÓMEZ CASTRO, Álvaro H. GALVIS PANQUEVA, Olga MARIÑO DREWS.

9 [3] Software educativo multimedia: aspectos críticos en su ciclo de vida. Álvaro H. GALVIS- PANQUEVA. [4] Wikipedia en español. Pedagogía. [5] Modelo Educativo Computacional para Apoyar el Proceso de Enseñanza Aprendizaje en cursos de la Universidad Virtual de la UCC. Humberto Mazuera Párraga. [6] Informática y teorías del aprendizaje. Santos Urbina Ramírez. Universitat de les Illes Ballears. [7] Del diseño al desarrollo curricular en Educación Física. José María González Ravé. [8] Selección y uso de tecnología educativa. José Guadalupe Escamilla de los Santos. Trillas, ITESM, ILCE México. ISBN [9] e-learning design and development. [10] Educational Multimedia: A Handbook for Teacher-Developers. Usha V. Reddi and Sanjaya Mishra, Editors. Commonwealth Educational Media Centre for Asia, March ISBN: [11] Metodología para el desarrollo de cursos virtuales basado en objetos de aprendizaje. Francisco Álvarez Rodríguez y Pedro Cardona Salas. Departamento de Sistemas Electrónicos, Centro de Ciencias Básicas, Av. Universidad No. 940, Col. Universidad, Universidad Autónoma de Aguascalientes, México [12] IBM Ease of use. [13] Educational software design: A literature review. Gennaro Pellone. Barton Institute of TAFE. Australian Journal of Educational Technology. 1995, 11(1), AJET 11.