Diplomado INFORMÁTICA EDUCATIVA Y TECNOLOGÍA MÓVIL - Programa Gestión de la Calidad y Seguimiento de los Aprendizajes

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Diseño de un juego educativo móvil para fomentar el pensamiento crítico sobre la contaminación espacial

desde el enfoque CTSA

Jhon Silva, UCH. jhon.silva@usach.cl Sebastián Tillerías, USACH. sebastian.tillerias@usach.cl

ABSTRACT In this article, the main aspects of the design process of an educational 2d video game based on GameMaker will be developed. Its main purpose is to foster the curricular scientific alphabetization through the critical thinking. This educational game addresses the environmental pollution topic of “space debris” from the science, technology, society and environment (CTSA) approach. To this end, gamified settings focused on the stimulation and motivation are presented, throughout activities that incorporate real analyses of scientific data about the natural phenomena related to the external layers of the earth, and about the technological environmental consequences.

There is a lack of investigation and projects about educational mobile computing designing digital games to enhance learning based on critical, and scientific thinking, and that also allow an analysis of the data, phenomena and real issues. For that reason, some pedagogic guidelines and technical, graphic, and iconographic designs will be suggested to its development. RESUMEN En este artículo se desarrollarán los principales aspectos del proceso de diseño de un juego educativo en 2D basado en GameMaker, que tiene como objetivo general fomentar la alfabetización científica curricular a través del pensamiento crítico. El juego educativo aborda el tema de la contaminación medioambiental “basura espacial” desde el enfoque Ciencia, Tecnología, Sociedad y Ambiente (CTSA). Para ello presenta escenarios gamificados orientados a estimular y motivar, a través de actividades que incorporan el análisis de datos científicos reales sobre los fenómenos naturales asociados a las capas externas de la Tierra, y sobre las consecuencias tecnológicas medioambientales.

Se ha encontrado que existe una escasez de investigaciones y proyectos de informática educativa móvil que diseñen juegos digitales para potenciar aprendizajes desde el pensamiento crítico, y científico, y que a su vez éstos permitan analizar datos, fenómenos y problemas reales. Por ello, se propondrán algunos lineamientos pedagógicos, y diseños: técnico, gráfico e iconográfico, para su desarrollo.

Author Keywords Mobile educational games; Spatial contamination; CTSA approach; Critical thinking. ACM Classification Keywords K.3.1. [Computer Uses in Education]: Computer Uses in Education.

K.8.0 [Personal Computing]: General – games. INTRODUCTION El pensamiento crítico se reconoce hoy como una de las Habilidades del Siglo XXI (HS XXI) más importantes e influyentes, ya que permite actuar tomando decisiones conscientes en base a la reflexión. Según diversos autores [3, 4, 5, 11, 13, 26] el pensamiento crítico se erige como necesario en nuestro mundo actual, y su vinculación con el trabajo científico es intrínseco, tanto así que hay quienes establecen una relación unívoca entre el pensamiento crítico y el pensamiento científico [13], declarando que el pensamiento crítico es la herramienta de empoderamiento más importante de la sociedad, y la ciencia es, en gran parte, la práctica del pensamiento crítico, de ahí su relevancia para la humanidad [13]. Bajo esta perspectiva, no puede entonces existir pensamiento crítico, sin pensamiento científico, ni al revés.

En contextos Latinoamericanos como Chile, se describe institucionalmente al pensamiento crítico como la capacidad de evaluar, razonar y emitir juicios argumentadamente para resolver problemas contingentes [7], representándolo como uno de los ejes centrales para la sociedad moderna. Investigaciones locales [12] han caracterizado a la población de estudiantes chilenos que ingresan en la universidad con bajos niveles de desarrollo de pensamiento crítico, representando una clara brecha que impide abordar integralmente el tema de la calidad de los aprendizajes. Con ello se vislumbra una necesidad por mejorar los niveles de alfabetización científica desde la perspectiva del pensamiento crítico-científico, en los niveles previos a la enseñanza superior. Este punto, sin embargo, representa un desafío pedagógico, ya que involucrar a las y los estudiantes con los niveles de reflexión y profundización necesarios para generar pensamiento crítico, no es un proceso trivial. Sobre todo, en el área de las ciencias naturales, donde estudios plantean que en Chile no se han desarrollado trabajos serios

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tendientes a gestar estrategias pedagógicas en un área disciplinar como la física [1], que tiendan a generar la aparición de las habilidades de pensamiento crítico en los estudiantes. Esta situación puede ser abordada de diferentes maneras, y en este trabajo, se propondrán los primeros acercamientos para establecer una estrategia de articulación a través del aprendizaje móvil. PERSPECTIVA PEDAGÓGICA

Aprendizaje móvil en ciencia El aprendizaje móvil, puede comprenderse como una experiencia y oportunidad otorgada por la evolución de las tecnologías educativas [14, 24]. Es cualquier momento y lugar habilitado por el aprendizaje instantáneo, la demanda de acceso a un mundo personalizado lleno de herramientas y recursos que preferimos para la creación de nuestro propio conocimiento, para satisfacer nuestras curiosidades, colaborando con los demás, y cultivando las experiencias que de otra manera serían inalcanzables [14]. Bajo esta línea, el aprendizaje móvil en el contexto de ciencia, y particularmente de la física, será un tipo de aprendizaje que brindará oportunidades y experiencias para prosperar crítica y constructivamente con el entorno natural aprovechando las potencialidades de las tecnologías móviles.

Estudios han demostrado una vinculación entre el aprendizaje móvil y las actitudes hacia los trabajos y las prácticas educativas y formativas [2, 6, 20, 21, 23]. En particular, hay investigaciones sobre la línea del aprendizaje móvil en ciencia que han enfatizado en el vínculo de la integración curricular de la tecnología móvil para el fomento de vocaciones pro-científicas [9], siempre y cuando ésta se fundamente en objetivos pedagógico curriculares. Dichos fundamentos son planteados con el objetivo de utilizar las tecnologías como aumentadoras y socias de la cognición y como herramientas potenciadoras para el desarrollo y la construcción de aprendizajes significativos y profundos, sin embargo, las prácticas que utilicen dichas herramientas como aumentadoras, deben justificarse en una necesidad o un problema del aprender [22] y bajo tal fundamento requieren ser cuidadosamente diseñadas e implementadas [22] bajo un modelo activo que facilite la construcción y contrastación de significados. Objetivos curriculares El avance de la propuesta de diseño, se desarrolla desde la integración curricular [22] del juego educativo móvil para lograr aprendizajes móviles, específicamente utilizando smartphone. Para el desarrollo de la perspectiva de integración curricular al contexto chileno se ha consultado el principal documento curricular referencial de Chile: las Bases Curriculares (BC) para la educación (2015) [15]. Es de destacar que las Habilidades del Siglo XXI (HS.XXI) [19] están contempladas en las BC. Particularmente en ciencias naturales, las BC plantean su estructura desde las Grandes Ideas de la Ciencia (GIC) a través del logro de Objetivos de Aprendizaje (OA). Así, se ha dispuesto

trabajar a partir de la GIC N° 8: Tanto la composición de la Tierra como su atmósfera cambian a través del tiempo y tienen las condiciones necesarias para la vida. Del OA de Eje temático n° 16, de primer año de enseñanza media, el cual busca investigar y explicar sobre la investigación astronómica en Chile y el resto del mundo, considerando aspectos como: El clima y las ventajas que ofrece nuestro país para la observación astronómica. La tecnología utilizada (telescopios, radiotelescopios y otros instrumentos astronómicos). Los aportes de científicas chilenas y científicos chilenos. Al mismo tiempo, se contempla transversalmente un nivel de logro de los principales OA de Habilidad y Procesos de Investigación Científica (HPIC): Observar y plantear preguntas; planificar y conducir una investigación; procesar y analizar evidencia; evaluar, comunicar. Enfoque CTSA Un enfoque crítico-medioambiental contemplado curricularmente es el enfoque Ciencia, Tecnología, Sociedad y Ambiente (CTSA), el cual caracteriza los aspectos sociales del fenómeno científico-tecnológico, tratando de entender tanto las condicionantes como las consecuencias sociales y ambientales. Sobre él, distintos autores han teorizado que el enfoque medioambiental contribuye a dar una imagen más completa y contextualizada de la ciencia y supone considerar la comprensión de cuestiones ambientales y de calidad de vida. De este modo, el enfoque CTSA pretende sentar un marco conceptual coherente con las bases para un futuro sostenible [9, 25]. Esta nueva pretensión, enfatiza en promocionar la reflexión sobre las consecuencias generadas por las tecnologías, siendo una de ellas la contaminación ambiental, como un tema contingente abordado a nivel mundial. Prueba de ello es presentado por la Organización de las Naciones Unidas (ONU) en su Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) n° 13: Adoptar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos. Particularmente el juego educativo se centra en el impacto que genera la contaminación de las órbitas externas de la Tierra (órbita terrestre baja (LEO) entre los 180 y 2000 km, órbita circular intermedia (MEO) entre los 2000 y 35780 km y la órbita geoestacionaria(GEO) igual o mayor a los 35780 km. ), donde se encuentras más de 100 millones de unidades en LEO con tamaños entre 1 mm y 1 cm, 500000 unidades en MEO con tamaños entre 1 y 10 cm y 21000 unidades en GEO con tamaños de 10 cm hacia arriba [16].

Figura 1. Densidad de basura por órbitas

GEO

LEO

MEO

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Entre las principales características de la contaminación espacial, está presente que genera daño destructivo, al impactar con otros objetos que orbitan la Tierra (satélites, estaciones espaciales, aviones, cohetes, etc), y al impactar sobre la superficie terrestre (cultivos, construcciones, personas, ecosistema, etc.). Ello implica que, a largo plazo, perjudicará significativamente los viajes y las observaciones satelitales, climáticas y astronómicas, generando una serie de problemas para los países que se dedican a ello, como es el caso de Chile. DISEÑO TÉCNICO DEL VIDEO JUEGO EDUCATIVO Para comenzar, es necesario acotar el significado del concepto de diseño para reducir la ambigüedad que hay en su representación, importancia y utilidad. Considerando las visiones en torno al concepto de diseño, éste será considerado como una de las características básicas de lo que es ser humano [10]. Bajo esta línea de pensamiento, el diseño para el juego educativo móvil atiende a necesidades básicas de la realidad cotidiana, siendo un determinante esencial de su calidad de vida. Así, al centrar cada aspecto del diseño en el usuario objetivo, cada detalle que sea incorporado a la aplicación importa profundamente en innumerables formas representando potencialmente una enorme área la vida [10]. Diseño técnico El diseño de la estructura de escenarios del videojuego educativo se ha desarrollado con foco en las necesidades curriculares, desarrollándose en 4 etapas prototipadas: diseño de menús; diseño de macro niveles; diseño de sub niveles; diseño de escenarios complementarios. Para el desarrollo de los prototipos se ha utilizado el programa GameMaker Studio 2, el cual utiliza el lenguaje Game Maker Lenguaje (GML) para crear scripts, eventos, rooms e instancias. La secuenciación de los escenarios construidos se resume en la figura 2.

En ella se describe un esquema de interacción entre los usuarios y los escenarios de la interfaz que constituyen al juego educativo. Cabe destacar que la interfaz de inicio o “Pantalla de inicio”, es el primer escenario de interacción. Articulación técnico-pedagógica Con foco en el desarrollo de objetivos de aprendizaje curriculares específicos se han propuesto temas y actividades dentro del videojuego que favorezcan su cumplimiento. La dinámica de secuencias pedagógicas se inicia en el “menú de temas”, cuando el usuario selecciona la primera órbita “órbita terrestre baja” que va a limpiar de la contaminación ambiental con ayuda de una nave espacial. La selección de las demás órbitas está inhabilitada hasta que no se limpien un porcentaje (%) mínimo de las capas previas. Para cumplir con el porcentaje requerido para avanzar, el usuario deberá desarrollar actividades en el “Menú de actividades” en el siguiente orden:

1. Seleccionar el nivel de la órbita. 2. Previo a iniciar el juego se destina una pantalla del

material educativo para presentar información sobre los efectos medioambientales de la contaminación.

3. Al momento de iniciar a jugar el usuario tendrá cumplir con “Metas específicas”, como, eliminar una cantidad específica de basura (correspondiente a la órbita en la cual se encuentre), analizar los cambios de presión y temperatura a medida que aumenta la altura en su viaje, etc.

4. Al finalizar de limpiar el primer nivel de la órbita, se le presenta un cuestionario o “Test de nivel”, con preguntas teóricas sobre elementos presentados en el nivel que el usuario debe responder para poder avanzar al siguiente nivel. Si el usuario no responde adecuadamente a un mínimo de preguntas, deberá volver a completa el nivel.

Figura 2. Resumen de interacción entre escenarios

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Principios de diseño gráfico Para el proceso de diseño gráfico a través de GameMaker 2, se complementado el trabajo utilizando la herramienta Adobe Photoshop CC 2019, para la creación de Sprites. Se han justificado parte de las decisiones de diseño a partir de los principios de diseño en la perspectiva de que el objeto a diseñar no es un objeto aislado, sino un sistema dinámico, con historicidad, que interactúa y da respuestas a las acciones a partir de las interacciones de sus elementos. De esta manera podemos hablar de lo que autores denomina un sistema interactivo [17], en el cual se procesan respuestas antes de reaccionar a las acciones de un usuario. Para este tipo de sistema autores destacados en los trabajos de diseño, considerando una dimensión emocional [18] y establecen que valen ciertos principios pensados para facilitar la utilización y mejorar una interacción fluida. Los principios considerados para el diseño de la interfaz propuesta son los siguientes: simplicidad y claridad; feedback; control para el usuario; consistencia minimalidad de conceptos; comandos universales; ver y apuntar; observar lo que se ve; Considerar el error. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Guion gráfico y analíticas de interacción En consistencia con los principios de diseño, la interfaz pantalla de inicio presentada en la figura 3, destaca en color amarillo dos opciones relevantes para avanzar en el juego: 1) “limpiar capas”, utilizado para seleccionar la capa u orbita que se limpiará de basura espacial, y 2) “niveles jugados”, utilizado como checkpoint de la última partida.

En parte superior derecha de la interfaz de inicio, se ubican tres iconos con las mismas dimensiones que simbolizan: un menú de ayuda que despliega una ventana con instrucciones auxiliares, un menú de configuración que permite al usuario controlar variables del juego y un menú de perfil para completar con datos personales y ver logros del juego. Finalmente, en la parte inferior se muestras recomendaciones sobre que se debe hacer dentro del juego y cómo hacerlo. En el menú de temas se representan con los mismos tamaños tres órbitas a limpiar de acuerdo al porcentaje de progreso, el cual es representado a través de una barra horizontal en la parte superior. Un mensaje “disponible” en color verde permite el ingreso a la capa, y el mensaje “bloqueado” en color rojo, lo impide. En el menú actividades, se presentan los niveles de cada capa con las mismas dimensiones. Tanto para el menú tema, como el menú de actividades se presenta en la esquina superior izquierda, el icono de retroceso a través de una flecha amarilla con las mismas proporciones que los demás íconos. Paralelamente, se presenta en la figura 4 la secuenciación entre interfaz menú de actividades distribuida por escenarios de información, niveles y evaluaciones. Dentro de las analíticas de interacción, se destaca el seguimiento a: 1. La cantidad de disparos y su correspondencia con la cantidad de basura esperada a ser limpiada en cada nivel, 2. Los valores de la temperatura en grados Celsius, la presión atmosférica en atm, y la altura en metros, correspondiente a cada órbita, 3. El número de vidas disponibles, 4. Las respuestas del test de alternativas sobre información presentada durante el desarrollo del nivel, y la coherencia de las respuestas sobre los indicadores de evaluación pedagógico.

Figura 3. Diseño gráfico de la pantalla de inicio e interfaz de menú temas y menú actividades

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Figura 4. Diseño gráfico de la secuencia: menú de actividades, información, niveles y evaluaciones.

CONSIDERACIONES FINALES Y TRABAJOS FUTUROS Esta investigación propone fomentar el desarrollo de competencias científicas que ayuden a desarrollar habilidades de pensamiento crítico medioambiental sobre temas de contaminación espacial en estudiantes escolares. Sobre ello, y tras una rigurosa revisión de literatura sobre el tema, se han logrado proponer modelos teóricos y prácticos de diseño técnico y de articulación pedagógico-curricular; junto con la construcción de los primeros prototipos funcionales a través de rooms, scripts, eventos e instancias que faciliten su desarrollo.

Sin embargo, aún es necesario continuar con la investigación para llevar a cabo pruebas de usabilidad con usuarios finales, es decir, con estudiantes escolares de enseñanza media en Chile. Luego, analizar y comprobar los resultados de la efectividad del modelo propuesto, para realizar las adecuaciones necesarias.

Se espera que, a través de las analíticas, se logre una correspondencia con los indicadores evaluativos construidos en base curricular. Así, se espera que los resultados de las futuras evaluaciones del juego educativo, vislumbren aportes objetivos respecto de dimensiones específicas de los aprendizajes a través de las competencias crítico-científicas.

Paralelamente, se requerirán análisis más profundos para caracterizar, describir y correlacionar aspectos de la motivación que fomente el juego educativo y su vínculo con los aprendizajes.

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