Actas de la II Conferencia de Desarrollo Profesional en Ingeniería Mecatrónica 2012

Transcripción

1 Diseño de sistemas de aprendizaje y entretenimiento basados en LabVIEW Juan José Martínez Nolasco Departamento de Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico de Celaya juan.martinez@itcelaya.edu.mx Víctor Daniel Montoya Patiño Departamento de Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico de Celaya d7.v@hotmail.com Coral Martínez Nolasco Departamento de Ingeniería Electronica Instituto Tecnológico de Celaya cmn_ejrj@hotmail.com Agustín Vidal Lesso Departamento de Ingeniería Mecatrónica Instituto Tecnológico de Celaya avidal@itc.mx Francisco Gutiérrez Vera Departamento de Ingeniería en Sistemas Computacionales Instituto Tecnológico de Celaya francisco.gutierrez@itcelaya.edu.mx RESUMEN En el presente trabajo se muestran algunos ejemplos de aplicaciones no industriales utilizando el software LabVIEW el cual, debido al ambiente visual que proporciona y la gran flexibilidad en su programación, permite la creación de aplicaciones en los campos de la enseñanza y el entretenimiento. Una de las aplicaciones que se presenta es una propuesta para el desarrollo de aprendizaje de niños en edad preescolar cuyo propósito es la enseñanza de tres elementos básicos para el desarrollo intelectual de un niño. Estos aspectos son el conocimiento ~102~

2 de las letras del alfabeto, el aprendizaje de números y la identificación de animales relacionándolos con el sonido que emiten. El segundo ejemplo se trata de una aplicación de carreras de carros en las cuales se tienen que contestar preguntas de manera correcta para poder avanzar, promoviendo la competitividad y el aprendizaje de diversos temas. La finalidad de ambos trabajos es demostrar la gran versatilidad que proporciona el software en su programación y las ventajas que nos ofrece en cuanto a la gran posibilidad de aplicaciones. También se muestra que con el uso de este software se pueden reconfigurar los instrumentos virtuales para obtener mejoras en las aplicaciones deseadas, tanto en funcionalidad como en apariencia. Palabras clave: LabVIEW, entretenimiento, aprendizaje. 1. INTRODUCCIÓN El software LabVIEW es un extenso entorno de desarrollo que brinda a científicos e ingenieros integración con hardware sin precedentes y amplia compatibilidad. Es un revolucionario ambiente de desarrollo gráfico con funciones integradas para realizar adquisición de datos, control de instrumentos, análisis de mediciones y presentaciones de datos. LabVIEW permite resolver problemas, acelerar la productividad y proporciona seguridad para innovar continuamente, para crear y desplegar sistemas de medidas y control. LabVIEW combina la flexibilidad de un lenguaje de programación con el poder de una herramienta avanzada de ingeniería. Las principales aplicaciones del uso de este software se enfocan a la automatización de procesos industriales complejos y repetitivos, ya que permite la conexión con una gran cantidad de dispositivos de medición, permitiendo así la adquisición de datos, análisis, control de movimientos y adquisición de imágenes. Una de las grandes ventajas del software es su entorno de programación gráfico, el cual permite la creación de las aplicaciones ~103~

3 evitando largas líneas de código utilizando objetos existentes y realizando el diagrama a bloques. Debido a su ambiente gráfico proporciona la flexibilidad de su uso dentro de aplicaciones no industriales ya que su entorno visual permite crear programas que llamen la atención enfocados a aplicaciones que no requiera la realización de mediciones, análisis o control. Dentro de estas aplicaciones no industriales sobresalen las aplicaciones dentro del campo de la enseñanza y del entretenimiento. El desarrollo de las capacidades y habilidades de los niños de edad prescolar es un aspecto a desarrollar de gran importancia debido a que, con los avances de la tecnología, los niños se encuentran expuestos a una gran cantidad de información día con día. La inteligencia se desarrolla en siete áreas básicas [1]: Lingüística. Lógica-matemática. Espacial. Musical. Kinestética-corporal. Intrapersonal Interpersonal Es importante señalar que el potencial de la tecnología para mejorar el aprovechamiento de los estudiantes se materializa sólo si se usa apropiadamente bajo un modelo pedagógico. Un modelo pedagógico fundamentado en una visión constructivista del aprendizaje y tomar en cuenta las particularidades de la disciplina que se desea enseñar, son factores importantes que deben ser considerados en el diseño de ambientes de aprendizaje basados en el uso de la computadora [2]. El juego corresponde a la actividad que los niños realizan por excelencia por lo que se presta como una buena alternativa para presentar los estímulos de manera cercana y familiar [3]. ~104~

4 El juego puede servir de soporte "intermediario" entre la tarea experimental y los intereses del niño, ya que por medio de un contexto lúdico, es posible encubrir la fase de memorización que realizan los adultos en la situación experimental. Actualmente existen instrumentos virtuales que han sido creados para la enseñanza de diversas áreas. Por ejemplo, en Colombia se creó una aplicación para la enseñanza de la termodinámica básica para alumnos de ingeniería [4]. 2. MÉTODO La primera aplicación se trata de un software para ayudar a desarrollar el aprendizaje en tres áreas de la inteligencia. La primera de estas áreas es el área lingüística. Para esta área se diseñó una herramienta que facilitará a los niños el aprendizaje de las letras del abecedario. Se relaciona el nombre de la letra con su escritura. La segunda etapa es la lógica-matemática. Mediante la imagen de los números se relacionan los nombres de los mismos y se asocian con figuras representativas de la cantidad numérica a objetos cotidianos. Finalmente, en el área musical se enfoca a la posibilidad de relacionar las imágenes de animales con su nombre y el sonido que emiten. El programa se desarrolló con la utilización del software LabVIEW, el cual ofrece una interfaz simple y amigable, además de la posibilidad de la personalización para hacerlo visualmente atractivo para niños de edad preescolar. Se utilizaron tres pestañas dentro del instrumento virtual creado, una para cada área a trabajar, en la Figura 1 se muestra la pestaña de la parte lingüística, con las letras del abecedario. El objetivo de esta etapa es que el niño sea capaz de elegir la letra que desee, presionarla y el software emitirá el nombre de la letra seleccionada. El niño puede realizar la selección de la misma letra o de alguna diferente tantas veces desee para un aprendizaje mejor de cada letra. ~105~

5 No es necesario que se seleccionen las letras en orden alfabético, se puede elegir cualquier letra al azar y el programa emitirá el nombre adecuado de la letra. Figura 1. Pestaña del abecedario. La segunda pestaña corresponde al musical, mostrada en la Figura 2. Con esta etapa se pretende establecer una relación entre la imagen de un animal, su nombre y el sonido que emite, para que el niño sea capaz de reconocer animales cotidianos o llamativos. Se utilizaron imágenes de animales conocidos por los niños de edad preescolar y cuyos sonidos emitidos son comunes en caricaturas, esto para que el niño pueda identificarlos con mayor facilidad. De igual manera que en la pestaña anterior, el niño elige el animal deseado y lo selecciona tantas veces quiera. En la tercera y última pestaña del programa se ataca el área lógico-matemática, como se muestra en la Figura 3. Mediante los números básicos (0-9) el niño puede elegir el número que desee y al seleccionarlo el software emitirá el nombre del número e iluminará una imagen correspondiente en la cual se expresa la cantidad seleccionada con objetos cotidianos y llamativos para el niño. El niño puede seleccionar los números en orden aleatorio y el software emitirá el nombre correcto e iluminará la imagen correspondiente. ~106~

6 Se busca que el niño sea capaz de realizar conteos sencillos de los objetos que le rodean visualizando en el programa que mientras el número sea mayor, mas objetos aparecerán en la imagen. Figura 2. Pestaña de animales. Figura 3. Pestaña de números. En la Figura 4 se muestra parte del diagrama a bloques del programa realizado. Se utilizan archivos de sonido previamente almacenados en el disco C:\ de la computadora para evitar cambiar la dirección dentro del programa. ~107~

7 Mediante botones se accede a cada letra, animal o número y mediante LED s se iluminan las imágenes de los conteos. Todo se encuentra dentro de un ciclo continúo el cual es terminado al momento de presionar el botón DETENER ubicado en cada pestaña. Figura 4. Diagrama a bloques. En la Figura 5 se muestra el funcionamiento de este instrumento virtual mediante un diagrama de flujo. La segunda aplicación se enfoca al área del entretenimiento. Mientras el niño se divierte aprende sobre el tema del que estén formuladas las preguntas. Se desarrollaron varios programas de carreras de carros en los cuales compiten 3 jugadores. En cada turno el jugador debe responder una pregunta de dos opciones. En caso de responder correctamente, el jugador en turno avanza; en caso contrario el jugador se mantiene en su posición y debe esperar a que vuelva a ser su turno para contestar otra pregunta. Al terminar su turno comienza el turno del siguiente jugador. De igual manera debe contestar una pregunta de dos opciones. Para finalizar la primera ronda sigue el turno del tercer jugador, quien de igual manera debe contestar la pregunta. ~108~

8 Figura 5. Diagrama de flujo. Al terminar la ronda vuelve a iniciar el primer jugador para intentar acertar su pregunta y avanzar. ~109~

9 El primer jugador en llegar a la meta es el ganador. Sin embargo el juego continúa para determinar el segundo y tercer lugar. El objetivo del software es promover la competitividad entre los concursantes además de desarrollar un aprendizaje al contestar las preguntas, ya sea de manera correcta o incorrecta, todo esto mientras el jugador se divierte. Además se ofrece la flexibilidad en cuanto al tema de las preguntas, ya que éstas pueden ser modificas de manera sencilla y así se puede aprender de diversos temas. Para el desarrollo de este programa se pueden utilizar elementos básicos que contiene el software LabVIEW, como son recuadros, LED s, indicadores numéricos. En la Figura 6 se muestra la primera versión del programa utilizando elementos precargados del software. Figura 6. Primer ejemplo de carrera de carros. Sin embargo, el software LabVIEW permite la personalización de los objetos al gusto del usuario. De esta forma se pueden crear carros más reales y más llamativos para los jugadores, como los que se utilizan en el segundo ejemplo mostrado en la Figura 7. De igual manera, se puede personalizar el fondo del programa para hacerlo más atractivo. En el tercer ejemplo se personalizó de otra manera tanto el fondo como los carros principalmente para llamar tanto la atención de niños como de niñas incluyendo colores más neutrales y añadiendo un personaje de una mujer, como se puede observar en la Figura 8. ~110~

10 Figura 7. Segundo ejemplo de carrera de carros. Figura 8. Tercer ejemplo de carrera de carros. 3. RESULTADOS Para comprobar la funcionalidad de ambos programas creados se les pidió a algunos niños que los usaran. Para el primer programa, el software de aprendizaje, los niños que lo utilizaron se encontraban en edad preescolar, entre 3 y 6 años, edad aproximada en México en la que un niño adquiere estos aprendizajes. ~111~

11 En la Figura 9 se muestra una fotografía de una niña utilizando el programa en la pestaña del alfabeto. Al preguntarles a los niños que fue lo que más les gusto de esta parte del programa, mencionaron que las letras son llamativas y que pueden escuchar las veces que quieran la misma letra. Gracias a esto los niños aprenden la letra y lo relacionan con un objeto conocido. También es importante mencionar que el instrumento virtual creado llama la atención debido a que actualmente los niños encuentran la computadora como algo llamativo y entretenido. Figura 9. Aplicación de la pestaña del alfabeto. La Figura 10 ilustra una niña utilizando el programa en la pestaña de animales. Con esta pestaña pudieron asociar la imagen de algún animal con su nombre y con el sonido que emite. Debido a que los animales de la pestaña son animales comunes para ellos fue más sencillo reconocerlos a primera vista y resulto de gran sorpresa descubrir sonidos de animales como el delfín. La figura que se ilustra en la Figura 12, presenta la aplicación de la tercera pestaña que corresponde a los números. Esta pestaña difería un poco de las otras dos ya que aquí aparte de emitirse el sonido de un número y relacionarlo con un objeto se ilumina una imagen representando ese objeto, como se muestra en la Figura 11. El hecho de que se iluminaran las imágenes fue de agrado para los niños que empezaban a relacionar que a mayor cantidad de objetos en la imagen, el número que lo representaba era mayor. ~112~

12 Figura 10. Aplicación de la pestaña de animales. Figura 11. Número seleccionado e imagen iluminada. Figura 12. Aplicación de la pestaña de números. Para el segundo programa se pidió a una niña que eligiera un jugador y tratará de contestar la pregunta correctamente. ~113~

13 En la Figura 13 se muestra la pantalla que ve el jugador al momento que se están efectuando las preguntas, para cada uno de los tres programas creados. Figura 13. Pantalla de pregunta. ~114~

14 En la Figura 14 se muestra una fotografía de la aplicación de uno de los tres juegos. Figura 14. Aplicación del programa de carreras de carros. 4. DISCUSION Y CONCLUSIONES El software de aprendizaje fue visualmente atractivo tanto para niños de sexo masculino como femenino, debido a la utilización de colores neutrales e imágenes atractivas para ambos sexos. Debido a que es un software sencillo un niño puede manejarlo por si solo una vez que se ha ejecutado, es decir los padres solo se encargan de encender la computadora y ejecutar el programa, de este punto en adelante el niño realiza las selecciones de manera autónoma tantas veces como desee. Además la posibilidad de elegir cada imagen tantas veces como se desee permite un mejor aprendizaje ya que la constante repetición de los nombres y sonidos permite que se alojen de mejor manera en la memoria de los niños. Respecto al programa de carreras de carros se obtuvo buena competitividad y ganas de jugarlo nuevamente aunque no se hubiera ganado. Fue interesante ver que con diferentes tipos de programación se puede crear el mismo objetivo del programa y que la ~115~

15 personalización ayudará mucho a que sea más llamativo para las personas. BIBLIOGRAFÍA [1] Thibaut, C., Rosas, R., Diseño de Juegos Basados en el Paradigma de Gramáticas Artificiales Para Favorecer el Aprendizaje Implícito en Niños, PSYKHE, Vol. 16, Núm. 2, 2007, pp [2] Inzunsa, S., Entornos virtuales de aprendizaje: Un enfoque alternativo para la enseñanza y aprendizaje de la inferencia estadística, RMIE, Abril-Julio 2010, Vol. 15, Núm. 45, pp [3] Sandoval, C., Cómo estimular el aprendizaje en los niños, Selector, 2005, pp [4] Quiñones, C., Ramírez, D., Desarrollo de herramientas virtuales para la enseñanza de la termodinámica básica, Revista Colombiana de Física, 2006, Vol. 38, Issue 4, pp ~116~