Aprendizaje de Ciencias en Niños Ciegos

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Una guía para ayudar a los niños ciegos a aprender ciencias, de manera practica.
  11 Aprendizaje de Ciencias a través de Audio en Niños Ciegos ABSTRACT Many efforts have been made to provide better educational opportunities to impaired people. In the case of visually impaired children, although some research in mathematics and  problem-solving exists, currently research in science learning for the blind not enough. We present interactive audio-based multimedia software for children with visual disabilities that can be used as a supporting tool for learning science. We discuss how to learn science using audio as the main channel when accessing information. In addition, how to design challenging and encouraging software but also supporting science learning for the blind. A customized navigation model and a software model for role-playing-games were designed. Usability and preliminary cognitive impact evaluations are  presented, verifying that this software stimulates a free and independent use, adjusting to the pace of end-users. As a result, an appealing, challenging and encouraging game was conceived, that supports science learning for the blind. RESUMEN Diversos esfuerzos se han realizado para proveer mejores oportunidades educacionales a personas con discapacidad. En el caso particular de los niños ciegos, pese a existir algunos estudios en el área de las matemáticas y resolución de problemas, es insuficientelainvestigaciónrealizadasobreel aprendizaje de ciegos en el área de ciencias. En este estudio se presenta un software multimedia interactivo basado en audio para niños con discapacidad visual, orientado a apoyar el aprendizaje de ciencias en estas personas. La principal  problemática enfrentada tuvo que ver con cómo lograr enseñar ciencias utilizando el audio como el canal principal de acceso a la información. Además, al tener como usuarios a niños, es importante que el software sea motivador y desafiante,peroque al mismo tiempo apoye realmente el aprendizaje de la ciencia. Se diseñó un modelo personalizado de navegación, además de un modelo genérico para juegos de rol. Se presentan las evaluaciones de usabilidad e impacto cognitivo preliminar realizadas, con las cuales se pudo comprobar que el software desarrollado incentiva una utilización independiente y libre, y se adapta al ritmo de cada usuario. Como resultado, se logró un juego que fue evaluado como motivador, estimulador y desafianteyqueapoyaelaprendizajedelacienciadeniñosciegos. KEYWORDS  Niños ciegos, aprendizaje de la ciencia, juegos de rol. INTRODUCCIÓN Un número importante de niños tienen problemas en el aprendizaje de la ciencia. El problema es que en nuestra sociedad actual poseer un grado de entendimiento básico de las ciencias es una necesidad para entender el mundo que nos rodea. No considerar seriamente la comprensión de las ciencias compromete los roles y la participación de las personas en la sociedad [8]. Esto es aún más evidente en los niños ciegos, quienes ya tienen dificultadesparaaccederalainformación,aprender operaciones básicas y resolver problemas [1]  producto de su discapacidad visual [7,9], considerando que, en general, en ciencias se aprende a través del canal visual. Asimismo, es necesario tener presente que el computador no debe ser utilizado en el contexto escolar solamente como una herramienta de oficina(esdecir,paraescribirdocumentoso planillas de cálculo), sino como una herramienta que incentive y motive a los alumnos. La tecnología disponible hoy en día  permite potenciar diversas habilidades intelectuales de los estudiantes, de manera de que ellos puedan resolver problemas y desarrollar su creatividad. Pero existe un problema claro: la mayoría del software actual se apoya principalmente en interfaces gráficas,porloque limita y margina a usuarios con limitaciones en el canal visual. Frente a esto, diferentes investigaciones en software educativo han utilizado el audio como el canal sensorial  principal al momento de asistir la construcción de significadoy conocimiento [6]. Diversos estudios [2,3,5,8,6,9] han demostrado que las interfaces basadas en audio pueden ser utilizadas para fomentar el aprendizaje y la cognición en niños ciegos. Han demostrado además que la utilización de entornos virtuales es un poderoso estímulo para que los niños ciegos desarrollen y practiquen habilidades cognitivas y aprendizajes específicos;desarrollenprocesoscognitivosqueestimulanel desarrollo de habilidades de dominio general, tales como relaciones tiempo-espacio, orientación, memoria abstracta y de corto plazo, y percepción háptica [5,6,8]. Sánchez, J., Elías, M. (2006). Aprendizaje de Ciencias a través de Audio en  Niños Ciegos. En J. Sánchez (Ed.): Nuevas ideas en Informática Educativa,  ISBN 956-310-430-7, Volumen 2, pp. 11-21, 2006 ©   LOM Ediciones 2006   Jaime Sánchez, Miguel Elías Universidad de Chile, Chile {jsanchez, melias}@dcc.uchile.cl  12  Hoy existe software para estimular el aprendizaje de matemáticas y la resolución de problemas con resultados significativos[9],perohayescasotrabajoeneláreadeciencias, existiendo software con limitadas posibilidades de interacción. Es por esto que en este estudio el objetivo fue diseñar, desarrollar y evaluar la usabilidad de un software lúdico basado en audio para el aprendizaje de las ciencias en niños ciegos, utilizando un modelo de juego que explota aspectos cognitivos, pedagógicos y valóricos. SOFTWARE INTERACTIVO El software “AudioLink” corresponde a un juego de rol (RPG), en donde el jugador controla a un personaje  principal a través del cual interactúa con el mundo virtual y sus elementos. Puede navegar por distintos escenarios, interactuar con personajes virtuales, tomar y utilizar objetos y varias otras acciones, con el findecumplirconunaseriedeobjetivos que van enlazando las diferentes historias presentes en el juego. También es posible intentar cumplir búsquedas opcionales que conllevan a beneficiosadicionales.Paraaumentar la jugabilidad de AudioLink, todas las misiones tienen asociadas recompensas para el protagonista, así como diversos ítems u objetos que le permiten acceder a nuevas  búsquedas y recompensas. Cada una de estas misiones tiene asociada el aprendizaje de diferentes conceptos de ciencias. La realización o incumplimiento de las diferentes misiones  produce diferentes sub-historias y desenlaces en el juego, ya que proporciona historias secuenciales, paralelas, opcionales y alternativas.La navegación a través de los ambientes y espacios replica un exitoso modelo utilizado en videojuegos comerciales para usuarios videntes, en los que se sigue una metáfora en tercera  persona, con una cámara fijadesdeunavistaposteriorysuperior (Figura 1). Este modelo de navegación ha sido ajustado a las necesidades de los niños ciegos, agregando pistas auditivas de sonido cuadrafónico que permiten la construcción mental del espacio por parte de ellos. Figura 1.  Interfaz principal del software En este software se creó además un ambiente virtual de gran magnitud, contando con más de 150 escenarios diferentes. Estos se encuentran agrupados en zonas características (bosques, islas, desiertos), con lo que se incentiva la memoria de largo plazo, ya que los usuarios deben ser capaces de recordar puntos de referencia globales que les permiten ubicar escenarios particulares dentro del mundo llamado la “Tierra de Imir” (Figura 2). Figura 2.  La “Tierra de Imir”, mundo virtual con el cual el usuario interactúa La interacción se realiza principalmente por medio del teclado (figura3),yfuediseñadaconsiderandoteclasyaconocidas por los usuarios con quienes se realizaron las evaluaciones de usabilidad, y a partir de las cuales se espera llegar a un estándar en el futuro. TeclaFunción TABNavegar por el equipamientoESPACIODescripción de la escenaENTERAcciónSRastreo de ZilyDDescripción del objeto equipadoFUsar el objeto equipadoJMenú principalKResumen de teclasFlechasMovimiento Figura 3.  Interacción con el teclado  Jaime Sánchez, Miguel Elías  13   Aprendizaje de Ciencias a través de Audio en Niños Ciegos Por razones de extensibilidad, creamos un modelo para juegos con el cual todos los elementos que componen una escena (objetos, personajes), son obtenidos directamente desde un archivo externo (en particular un XML), que contiene las estructuras de cada escenario. Aún más, los enlaces lógicos que definencadamisión(esdecir,elguióndeljuego)tambiénsondefinidosenestearchivoexterno.Deestamanera,elsoftware puede ser visto como un motor de juegos RPG, ya que agregar nuevas etapas o niveles puede ser realizado modificandosóloun archivo externo, sin necesidad de modificarelcódigofuente.Es decir, es posible tener un sinfín de juegos completamente distintos, utilizando la misma aplicación, lo que finalmenteesun apoyo para suplir en parte la carencia de software educativo  para personas con discapacidad visual. FUNCIONALIDADES ADICIONALESMini-juegos Con el findelograrunjuegoquenoresulteextenuanteenellargo plazo fueron incorporados los llamados “mini-juegos”, que son quiebres temporales de la metáfora principal, y que fueron insertados en el juego, de manera tal que el usuario no perdiera la inmersión dentro del mismo. Los mini-juegos  buscan además desarrollar habilidades adicionales como mejorar la coordinación, reflejosyubicaciónespacial,entreotros. Uno de los mini-juegos desarrollados es el “Juego del Martillo” (Figura 4), en el cual el usuario debe “golpear” a un gusano que puede aparecer en 8 direcciones posibles (adelante, atrás, derecha, izquierda, y diagonales) y que se esconde luego de un lapso de tiempo, por lo que el usuario debe presionar la tecla numérica en la dirección correcta y rápidamente. Figura 4.  Interfaz del “Juego del Martillo” Otro mini-juego desarrollado es la “Carrera de Obstáculos” (Figura 5), en la cual se sigue una metáfora de una carrera, en la cual se deben esquivar obstáculos (con desplazamientos laterales y saltos), y al mismo tiempo tomar algunas recompensas que aparecen. Figura 5 . Interfaz de la “Carrera de Obstáculos” Otras Funcionalidades Algunas funcionalidades adicionales son la opción de grabar los  juegos como registros de voz, de manera que el usuario pueda almacenar sus progresos parciales, y volver a retomarlos en un momento posterior. Además, se deja un registro automático de tiempos, objetos utilizados, etc., lo que permite hacer análisis y seguimientos posteriores en relación a cuánto demoró el usuario en completar una determinada búsqueda, qué zonas ha recorrido, qué misiones le fueron más difíciles, entre otras. Un menú interno permite grabar y cargar juegos, ajustar los volúmenes, salir del juego o comenzar una nueva aventura. Es posible seleccionar entre dos niveles de dificultad:normaly principiante, cuyas diferencias radican en la cantidad de ayuda que el usuario recibe, así como la rapidez de los mini- juegos. Finalmente, el software incluye un tutorial que enseña las interacciones básicas del juego (teclado, significadodealgunas pistas auditivas, etc.). El tutorial consiste en una serie de lecciones agrupadas por categoría, que permiten al usuario aprender y aplicar lo aprendido a su propio ritmo y de manera independiente. REPRESENTACIÓN DEL AMBIENTE VIRTUAL La representación del entorno es lograda a través de un modelo sencillo, pero de gran poder representativo, el cual  permite construir tanto las escenas del juego como el guión a  partir de un archivo externo. Esta representación se encuentra descrita en un archivo XML, en el cual se encuentran todos los atributos (imágenes, sonidos, etc.) que caracterizan a las diferentes escenas. En la estructura XML (figura6)se presenta una serie de elementos que definenlashistoriasoaventuras del juego, lo que permite modificarlas,extenderlaso eliminarlas a través de esta estructura. Cada escenario está compuesto por distintos elementos que a su vez definenlosobjetosquesecrearánencadaescenaycon los cuales el personaje puede interactuar. Estos elementos corresponden a: fondo, fachadas, sólidos, personajes, entradas, ítems, puertas y puntos de uso.  14  Figura 6.  Ejemplo de la estructura XML utilizada en la representación del mundo virtual  El Fondo corresponde a la imagen de fondo que se utiliza en la escena. Es el elemento que se encuentra a mayor profundidad según el eje z del rango gráficodecapasysufunciónesnetamente visual. Las Fachadas son superficiesqueseencuentransobreelfondo,y su función corresponde a entregar mayor información sobre la escena en la que se encuentra el usuario. Por una parte, una fachada es un apoyo visual, siendo utilizada para demarcar caminos, senderos, etc. Además, cada fachada tiene un sonido  particular asociado. De esta manera, se reproduce un sonido distinto sí el usuario está caminando sobre el pasto, al sonido que se reproduce si éste se encuentra caminando sobre tierra o sobre madera. Dicha información la entregan las fachadas  presentes en un escenario.Los Sólidos corresponden a todos los elementos de la escena con los cuales el personaje tiene colisiones. Estos elementos  pueden ser desde pequeñas rejas hasta casas, y se utilizan  principalmente para limitar la navegación a través de la escena. Si el personaje choca con un sólido, entonces un sonido particular es reproducido.El elemento Personajes corresponde a todos los personajes secundarios o no jugadores que aparecen en una escena, y con los cuales el usuario puede interactuar.Las Entradas y Puertas corresponden a elementos invisibles en la escena que permiten pasar de un escenario a otro. Los Ítems corresponden a todos los objetos del mundo que el usuario puede tomar y utilizar. Los Puntos de Uso son los elementos que permiten alterar la lógica del desarrollo del juego. Estos son lugares invisibles en una escena dentro de los cuales es posible utilizar un objeto  particular, además de indicar si el usuario pierde o consume el ítem asociado. Tiene asociado una reacción, que consiste en un sonido particular que se reproduce al utilizar el ítem. Esta reacción puede ser un diálogo, una alerta o cualquier cosa que se le quiera asociar al hecho de haber utilizado el ítem en ese lugar. Un punto de uso no limita la posibilidad de utilizar objetos, sino más bien limita el éxito o fracaso de utilizar un objeto específicoenunlugarparticular.Esdecir,la lógica detrás de utilizar la mayoría de los objetos, consiste en verificarsielpersonajeseencuentraenunpuntodeusodel objeto que quiere usar, para luego provocar las reacciones correspondientes. También existen objetos que se pueden utilizar en cualquier lugar (como el mapa) y otras cuyas lógicas son un poco más complejas, como por ejemplo, los objetos que permiten acceder a los mini-juegos.Para la representación de los enlaces lógicos, se creó el concepto de Dependencias. Las dependencias son acciones que el usuario debe realizar (como tomar o utilizar un objeto),  provocando una serie de reacciones asociadas. Estas acciones  pueden ser tomar un objeto, utilizar un objeto en un cierto lugar, hablar con un personaje en particular y visitar una escena específica.Lasreaccionespuedenserlaaparicióndenuevos diálogos de los personajes, nuevas zonas a las que  puede acceder y nuevos objetos que puede tomar. Estos son los elementos básicos que conforman al mundo, que se enlazan para crear una escena en particular (figura7) ycontribuyen a desarrollar la lógica del juego. Figura 7 . Elementos para la representación del mundo virtual  PISTAS AUDITIVAS Los sonidos son elementos clave en este desarrollo. Por este motivo se realizaron diversos estudios sobre qué pistas auditivas se debían incluir en el software, teniendo presente  Jaime Sánchez, Miguel Elías
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