Universidad Nacional De San Agustín Escuela De Postgrado Unidad De
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUST´IN ESCUELA DE POSTGRADO UNIDAD DE POSTGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCION Y SERVICIOS IMPLEMENTACION´ DEL LABORATORIO VIRTUAL INMERSIVO APLICADO A LA ENSENANZA~ DE F´ISICA USANDO TECNICAS´ DE GAMIFICATION Tesis presentada por el Bachiller: DIEGO ALONSO IQUIRA BECERRA Para optar por el Grado Acad´emicode: Maestro en Ciencias Inform´atica Con menci´onen Tecnolog´ıasde Informaci´on Asesor: Dr. JOSE´ ALFREDO HERRERA QUISPE AREQUIPA - PERU´ 2018 \En mi tarjeta de visita, soy un presidente de empresa. En mi mente soy un programador de juegos. Pero en mi coraz´onsoy un jugador." Satoru Iwata Resumen Se present´oun laboratorio virtual inmersivo enfocado en el aprendizaje de temas de f´ısicausando gamification, en esta tesis se propuso una metodolog´ıapara la evaluaci´onde software educativo que usen realidad virtual, donde se ha evaluado el software educativo desde tres enfoques: usabilidad pedag´ogica, entorno de realidad virtual y usabilidad en la realidad virtual. Esta propuesta fue implementada y evaluada por profesores y estudiantes. Los resultados experimentales muestran que la usabilidad pedag´ogicaha recibido una aprobaci´ondel 94 % y solo un 2 % de desaprobaci´on,en la evaluaci´ondel entorno virtual se obtuvo una aprobaci´ondel 71 % y una desaprobaci´ondel 6 %, en la evaluaci´onde la usabilidad del entorno virtual se obtuvo una aprobaci´ondel 62 % y solo una desaprobaci´ondel 9 %, estos resultados fueron obtenido mediante encuestas. En la evaluaci´ondel software educativo los alumnos tuvieron que realizar un mismo ejercicio cinco veces. Luego de analizar los datos se encontr´oun aumento de las respuestas correctas del 14 % y una reducci´ondel 60 % del tiempo por ejercicio, una reducci´ondel 30 % de la cantidad de objetos vistos y una reducci´on50 % de respuestas equivocadas en comparaci´onal primer ejercicio realizado, estos resultados demuestran una mejor´ıa en el uso del laboratorio virtual en comparaci´ona la primera prueba. Palabras clave: Realidad virtual, Gamification, Tecnolog´ıaseducativas. Abstract In this thesis an immersive virtual laboratory focused on the learning of physics using ga- mification was presented, a methodology was proposed for the evaluation of educational software focused on virtual reality, educational software has been evaluated from three approaches: pedagogical usability, virtual reality environment and usability in virtual reality. This proposal was implemented and evaluated by teachers and students. The experimen- tal results show that the pedagogical usability has received an approval of 94 % and only 2 % of disapproval, the evaluation of the virtual environment has received an approval of 71 % and a disapproval of 6 %, finally the evaluation of the usability of the environment Virtual has received an approval of 62 % and only a disapproval of 9 %, these results were obtained through surveys. In the evaluation of the educational software, the students had to do the same exercise five times. After analyzing the data we found an increase of the correct answers of 14 % and a reduction of 60 % of the time per exercise, a reduction of 30 % of the amount of objects seen and a 50 % reduction of wrong answers compared to the first exercise performed, these results demonstrate an improvement in the use of the virtual laboratory compared to the first test. Keywords: Virtual reality, Gamification, Educational technologies. Agradecimientos Le doy gracias a mi familia por apoyarme en todo momento, por los valores que me han inculcado, por haberme dado la oportunidad de tener una educaci´onen el transcurso de mi vida y sobre todo por ser un excelente ejemplo a seguir. A mis compa~nerospor ser parte importante de mi vida y ser un ejemplo de desarrollo profesional a seguir. Le agradezco la confianza, apoyo y dedicaci´onde tiempo a mi Asesor y Co-asesor Jos´e Herrera Quispe y Roni Guillermo Apaza Aceituno por haber compartido sus conoci- mientos y sobre todo su amistad. Gracias a mi grupo de investigaci´onpor haberme brindado la oportunidad de desarrollar las pruebas para mi tesis, y por todo el apoyo que me brindaron y darme una oportunidad de crecer profesionalmente y aprender nuevas cosas. Le agradezco al CONCYTEC, FONDECYT y a la escuela de postgrado de la Universidad Nacional de San Agust´ınpor la beca brindada para poder estudiar en la Maestr´ıaen Inform´aticade la UNSA y todo el apoyo brindado. v ´Indice general Resumen III Abstract IV Agradecimientos V Lista de Figuras X Lista de Tablas XVII Abreviaciones XVIII 1. INTRODUCCION´ 1 1.1. L´ıneade Investigaci´on.............................2 1.2. Descripci´ondel Problema...........................2 1.3. Justificaci´on...................................3 1.4. Objetivos....................................5 1.4.1. Objetivo Principal...........................5 1.4.2. Objetivo Espec´ıfico..........................5 1.5. Hip´otesis....................................5 1.6. Limitaciones del Trabajo............................6 1.7. Dise~node la Investigaci´on...........................6 1.7.1. Enfoque de Investigaci´on.......................6 1.7.2. Nivel de Investigaci´on.........................6 1.7.3. Tipo de Investigaci´on.........................6 1.7.4. Poblaci´ony Muestra..........................6 1.7.5. Variables de Estudio..........................7 1.7.5.1. Variable Independiente...................7 1.7.5.2. Variable Dependientes....................7 1.7.6. T´ecnicasy Procedimiento.......................7 1.8. Organizaci´ondel Trabajo...........................8 2. ESTADO DEL ARTE9 2.1. Literatura de Realidad Virtual........................9 2.2. Aplicaciones de Realidad Virtual....................... 10 vi Contenido vii 2.3. Proyectos de Laboratorios Virtuales..................... 11 3. MARCO TEORICO´ 14 3.1. Realidad Virtual................................ 14 3.1.1. Realidad Virtual Inmersiva y No Inmersiva............. 15 3.1.2. Realidad Virtual Inmersiva en la Actualidad............ 15 3.1.2.1. Oculus Rift.......................... 16 3.1.2.2. Google Cardboard...................... 17 3.1.3. Usos de la Realidad Virtual...................... 18 3.1.3.1. Realidad Virtual en el Entrenamiento Militar....... 18 3.1.3.2. Realidad Virtual en la Educaci´on............. 20 3.1.3.3. Realidad Virtual en la Salud................ 21 3.1.3.4. Realidad Virtual en los Museos............... 22 3.1.3.5. Realidad Virtual en la Visualizaci´onCient´ıfica...... 22 3.2. Gamification .................................. 22 3.2.1. Principios de Gamification ...................... 25 3.2.2. Gamification en la Educaci´on..................... 25 3.2.3. Gamification a Nivel Universitario.................. 27 3.3. Laboratorios Remotos y Virtuales....................... 27 3.3.1. Laboratorios Remotos......................... 28 3.3.2. Laboratorios Virtuales......................... 28 3.3.3. Justificaci´onde los Laboratorios Virtuales.............. 28 3.3.4. Ventajas de los Laboratorios Virtuales................ 29 3.3.5. Desventajas de los Laboratorios Virtuales.............. 30 3.3.6. Laboratorio Virtual de F´ısica..................... 30 3.3.7. Laboratorios Virtuales Gamificados.................. 32 4. PROPUESTA 35 4.1. Definici´onde la Propuesta........................... 35 4.2. Descripci´onde los Usuarios.......................... 35 4.3. Descripci´onde las Pr´acticasen el Laboratorios de F´ısica.......... 36 4.4. Descripci´onde las T´ecnicasde Gamification a Utilizar........... 37 4.5. Descripci´onde la Organizaci´onT´ecnica del Sistema............. 38 4.6. Descripci´onTecnol´ogica............................ 39 4.7. Criterios de Usabilidad............................. 39 5. METODOLOG´IA 41 5.1. Definici´onde la Metodolog´ıa......................... 41 5.2. M´etodos Emp´ıricoObservaci´on........................ 42 5.3. M´etodos Emp´ıricoEncuesta.......................... 42 5.3.1. Usabilidad pedag´ogica......................... 42 5.3.2. Entorno de Aprendizaje........................ 43 5.3.3. Usabilidad de Aplicaciones de Realidad Virtual........... 44 5.3.4. Incidencias Identificadas........................ 45 5.4. M´etodos Emp´ıricoCaso de Estudio...................... 45 6. ANALISIS´ Y DISENO~ 47 6.1. Selecci´onde la Metodolog´ıa.......................... 47 Contenido viii 6.2. An´alisisdel Software Educativo........................ 49 6.3. Identificaci´onde los Usuarios......................... 49 6.4. An´alisist´ecnicoy Econ´omico......................... 50 6.5. Mockup Inicial................................. 51 6.6. Descripci´onde los Componentes....................... 52 6.6.1. Componente de Men´u......................... 52 6.6.2. Componente de Control de Niveles.................. 53 6.6.3. Componente de Guardado de Informaci´on.............. 54 6.6.4. Componente de Navegaci´onen Realidad Virtual.......... 55 6.6.5. Componente de Control de M´usica.................. 56 6.6.6. Componente de Control en Cada Actividad............. 57 6.7. Descripci´onde los Escenarios......................... 58 6.7.1. Escenario 1: Perfil del Usuario.................... 58 6.7.2. Escenario 2: Men´uInicial....................... 59 6.7.3. Escenario 3: Men´ude Selecci´onde Tema............... 59 6.7.4. Escenario 4: Men´uSelecci´onde Tema................ 60 6.7.5. Escenario 5: Actividad Pregunta................... 61 6.7.6. Escenario 6: Actividad Verdadero o Falso.............. 62 6.7.7. Escenario 7: Actividad Relacionar Datos............... 62 6.7.8. Escenario 8: Actividad Selecci´onde Laboratorio Virtual...... 63 6.7.9. Escenario 9: Actividad Narraci´onde