a EL MODELADO Y ANIMACIÓN TRIDIMENSIONAL POR COMPUTADORA COMO ALTERNATIVA EN LA ENSEÑANZA DE MATEMÁTICAS Oscar Antonio Zárate Aguila a, Alejandra Guevara Ramírez b, Alejandro Aguila Reyes c, Claudia Jeaneth Cárdenas Camarena a, Cynthia Lizeth Cárdenas Camarena a, Hugo Antonio Molina Hernández a Departamento de Ciencias Tecnológicas, Universidad de Guadalajara (CUCIÉNEGA), Av. Universidad, 1115, 47840, Ocotlán, Jalisco, México, oaza@cuci.udg.mx b Secretaría de Salud Jalisco (Centro de Salud Urbano de Ocotlán), c Departamento de Ciencias Básicas, Universidad de Guadalajara (CUCIENEGA), Av. Universidad, 1115, 47840, Ocotlán, Jalisco, México, RESUMEN El objetivo principal de este estudio es hacer uso de las nuevas tendencias de las ciencias computacionales, específicamente el modelado tridimensional y animación por computadora como alternativa en el proceso de enseñanza-aprendizaje de las matemáticas. Parte fundamental del razonamiento son las matemáticas y en su más básica presentación, la aritmética y el álgebra, por lo que es necesario su buen conocimiento, independientemente del área en la que nos desempeñemos académica o profesionalmente. Las matemáticas siempre han sido motivo de bloqueo mental para la mayoría de las personas, pero si se presentan de una manera más interactiva y valiéndose del uso de los multimedios, se asimilarán mejor los conceptos, ya que el método de aprendizaje no será tan tedioso como el acostumbrado en los programas educativos actuales. Se presenta un software el cual al ser intuitivo y muy gráfico, pretende servir de soporte en el aprendizaje de las matemáticas. Está diseñado para niños de nivel primaria, sin ser exclusivo, ya que la interacción con el programa puede llamar la atención de personas de cualquier edad que quieran reforzar los conocimientos en el área. 1. INTRODUCCIÓN El proyecto SETAM (Software Educativo Tridimensional para el Aprendizaje de las Matemáticas) pretende mejorar de manera substancial la forma de aprender por parte de los alumnos de nivel básico en el área de las matemáticas, mas específicamente en lo que respecta a álgebra básica. El método a utilizar es el aprendizaje de forma o manera interactiva a través del desarrollo de un software que le permitiría al estudiante la realización y repetición de operaciones hasta que lo crea conveniente o hasta que la idea o concepto quede bien comprendido. El método tradicional de enseñanza de las matemáticas puede resultar en ocasiones difícil o hasta tedioso por lo que, ahora a través de este software interactivo el estudiante mostrará un mayor interés mediante la estimulación a su sentido visual por medio de las animaciones en tercera dimensión.
En la actualidad vivimos en un mundo donde la tecnología cada vez se incluye más en nuestra vida cotidiana y principalmente en los niños quienes se interesan más por lo moderno, llamativo e innovador, es por eso que los niños prestan menos atención a la educación tradicional, lo cual hace mas evidente la necesidad de nuevos métodos y técnicas acordes a la era tecnológica que les ha tocado vivir a las nuevas generaciones para el aprendizaje de las matemáticas. Si utilizamos como apoyo un software dedicado al modelado en 3D podemos generar un juego en el que incluyamos los aspectos mencionados anteriormente, además de que presentaran una ayuda para el aprendizaje de las matemáticas. Utilizando las herramientas con las que cuenta este software (Blender) y nos proporciona gran variedad de acciones que podemos realizar, como crear objetos, modificarlos, darles movimiento, propiedades, entre muchas otras más. El proyecto trata de unir aspectos creativos e intuitivos, así como tecnológicos para facilitar el aprendizaje o reforzar conocimientos en matemáticas básicas, las cuales utilizamos constantemente en nuestra vida diaria. 2. MARCO TEÓRICO 2.1 Blender Blender es un programa informático multiplataforma, dedicado especialmente al modelado, animación y creación de gráficos tridimensionales. Además de ser un software libre. Actualmente es compatible con todas las versiones de Windows, Mac OS X, Linux, Solaris, FreeBSD e IRIX. Tiene una muy peculiar interfaz gráfica de usuario, que se critica como poco intuitiva, pues no se basa en el sistema clásico de ventanas; pero tiene a su vez ventajas importantes sobre éstas, como la configuración personalizada de la distribución de los menús y vistas de cámara. Python es un lenguaje de programación de alto nivel cuya filosofía hace hincapié en una sintaxis muy limpia y que favorezca un código legible. Se trata de un lenguaje de programación multiparadigma ya que soporta orientación a objetos, programación imperativa y, en menor medida, programación funcional. Es un lenguaje interpretado, usa tipado dinámico, es fuertemente tipado y es multiplataforma. 2.2 Aritmética y Álgebra La aritmética es la más antigua y elemental rama de las matemáticas, utilizada en casi todo el mundo, en tareas cotidianas como contar y en los más avanzados cálculos científicos. Estudia ciertas operaciones con los números y sus propiedades elementales. Proviene de Aριθµητικός, término de origen griego; arithmos αριθµός que quieren decir número y techne habilidad. El álgebra es la rama de las matemáticas que estudia las estructuras, las relaciones y las cantidades (en el caso del álgebra elemental). Es una de las principales ramas de la matemática, junto a la geometría, el análisis matemático, la combinatoria y la teoría de números. La palabra «álgebra» es de origen árabe, deriva del tratado escrito por el matemático persa (كتابب االجبرر وواالمقابلة Muhammad ibn Musa al-jwarizmi, titulado Kitab al-yabr wa-l-muqabala (en árabe (que significa "Compendio de cálculo por el método de completado y balanceado"), el cual proporcionaba operaciones simbólicas para la solución sistemática de ecuaciones lineales y cuadráticas. Etimológicamente, la palabra «álgebra»,( yabr )جبرر proviene del árabe y significa "reducción".
2.1 Inicio de los videojuegos en 3d El inicio de la década de 1990 los avances tecnológicos de los sistemas de la época devuelven la idea de llevar a cabo una de las mayores ambiciones desde los inicios de la informática moderna: la recreación de un mundo virtual en tres dimensiones en pantallas de dos dimensiones. La idea se remontaba a 1965, cuando el pionero Ivan Shuterland presenta en un congreso un informe en el que delinea las características de una futura interfaz de visualización, capaz no sólo de mostrar el mundo tal y como es, sino de percibirlo como si fuese real. Los primeros videojuegos en 3D, comotailgunner (1979) o Battlezone (1980) usaban gráficos lineales para delinear el contorno de los objetos dando así la ilusión de profundidad. I, Robot (Atari, 1983) fue la primera máquina en usar las técnicas del campo de la realidad virtual: empleaba bloques poligonales para construir los objetos de su mundo virtual y daba por primera vez al jugador la posibilidad de adaptarse diversos puntos de vista. La primera gran aportación al videojuego en 3D, viene de una compañía llamada ID Software la cual había desarrollado un engine en 3D en 1990 por Chris Green que no sólo era muy veloz, sino que además permitía adherir imágenes reales (texturas) a los gráficos poligonales para incrementar el realismo. Luego fue creado Catacombs 3-D, un título de 1991 que iniciaba el género de los shooters en primera persona. 2.3 Avance de los videojuegos en 3D El desarrollo de videojuegos basados en la tridimensionalidad ha supuesto uno de los mayores avances en su historia desde un punto de vista visual y una ruptura, en muchos aspectos, con las lógicas de juego que imponían hasta entonces las dos dimensiones. El uso de una de estas dos posibilidades de representación espacial a la hora de desarrollar un videojuego es una decisión que implica determinadas consecuencias sobre cómo éste se desarrollará gráficamente y sobre cómo el usuario interactuará con él. Dicha decisión repercutirá en su jugabilidad y lo supeditará a una serie de convencionalismos establecidos por el mercado, circunscribiéndolo dentro de un determinado género 2.4 Motivación Nuestras principales herramientas son la Computadora y un software especializado en modelado, animación e interacción 3D llamado Blender. Las razones para utilizar Blender son las siguientes: 1. Es gratuito. 2. Es multiplataforma (compatible para Windows, Linux, Mac). 3. Es una herramienta muy completa de diseño y modelado. 4. Provee interacción y técnicas de modelado 3D que captan fácilmente la atención del usuario final. Existen innumerables aplicaciones dedicadas a la enseñanza en matemáticas, pero nuestro proyecto es más accesible al público, además de que al contar con aspectos tridimensionales tendrá mayor aceptación que los sistemas tradicionales en 2D. 3. EL MODELADO Y ANIMACIÓN TRIDIMENSIONAL POR COMPUTADORA COMO ALTERNATIVA EN LA ENSEÑANZA DE MATEMÁTICAS Para el desarrollo del sistema SETAM empleamos Blender en su totalidad para la generación de los modelos, composición de la escena y la funcionalidad del videojuego.
Uno de los puntos fuertes del proyecto SETAM es que al presentar al usuario la sensación de tridimensionalidad, es decir, perspectiva y profundidad, es mucho más llamativo que los sistemas tradicionales en 2D donde sólo tenemos verticalidad y horizontalidad. Para la creación del software se siguieron estas etapas: 1. Modelado de figuras. 2. Composición de escenario. 3. Lógica de programación. En la fase de modelado se utilizan las herramientas de escultura y modificación de vértices para lograr el objeto deseado. Diseño y modelado Lógica de programación Para la sección de composición de escenario se involucra la colocación de cámaras y las lámparas para la iluminación correcta del juego. La sección más importante es la que de codificación y lógica de programación, es decir, los encargados de que nuestros modelos se comporten como videojuegos, ya que mediante esto se crea la interacción con el usuario, sin esto no pasaría de simples imágenes en 3D pero sin la posibilidad de cambiar en tiempo real. Distintas vistas del juego en ejecución
4. CONCLUSIONES Actualmente estamos en un mundo en el cual es indudable la necesidad de nuevos métodos y técnicas en la enseñanza, a medida que la tecnología 3D ha ido mejorando, ha logrado el avance y desarrollo de muchos videojuegos más interactivos; y que mejor manera de aprovechar esta tecnología que en los métodos de aprendizaje en los niveles básicos de educación. En este estudio se mostró la diferencia entre el modelado 2D y el 3D, así como su avance en cuestión de los videojuegos, así como algunas de las ventajas que presentan y el manejo de las herramientas utilizadas para la realización de nuestro software. Las encuestas realizadas a profesores y alumnos de nivel primaria y secundaria arrojaron los siguientes datos. Los profesores de matemáticas, a nivel primaria, señalaron que les parece una forma más interactiva y llamativa para los estudiantes, lo que facilitaría el aprendizaje de las matemáticas, debido a que al ser de una manera agradable, para ellos, el estudio no se volvería tan fastidioso y estarían dispuestos a experimentar con esta nueva herramienta. Los requerimientos del sistema son: 1. 2GB (memoria RAM). 2. 200MB en disco duro. 3. Windows XP o superior, MAC OS Tiger o superior, Linux cualquier distribución del 2007 a la fecha. 4. Altavoces o bocinas. 5. 64MB de memoria en video. El software SETAM es escalable por lo que podrá cubrir los requisitos de matemáticas a nivel primaria, secundaria y posteriormente grados académicos más avanzados. BIBLIOGRAFÍA 1. J. Chronister, Blender Basics, Classroom Tutorial Book, 2nd. Edition, 2006. 2. The Essential Blender: Guide to 3D Creation with the Open Source Suite Blender, O Reilly Media, 2007. 3. Blender. (Versión Electrónica) Obtenido de la Red el 02/marzo/2011. http://www.blender.org/ 4. Python. (Versión Electrónica) Obtenido de la Red el 02/marzo/2011. http://www.python.org/about/ 5. A. Baldor, Álgebra, Cultural, 1963. 6. A. Baldor, Aritmética, Cultural, 2000.