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EL MODELADO Y ANIMACIÓN TRIDIMENSIONAL POR COMPUTADORA COMO
ALTERNATIVA EN LA ENSEÑANZA DE MATEMÁTICAS
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Oscar Antonio Zárate Aguila , Alejandra Guevara Ramírez , Alejandro Aguila Reyes , Claudia
a
a
Jeaneth Cárdenas Camarena , Cynthia Lizeth Cárdenas Camarena , Hugo Antonio Molina
a
Hernández
a
Departamento de Ciencias Tecnológicas, Universidad de Guadalajara (CUCIÉNEGA), Av.
Universidad, 1115, 47840, Ocotlán, Jalisco, México, [email protected]
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
Muhammad ibn Musa al-Jwarizmi, titulado Kitab al-yabr wa-l-muqabala (en árabe ‫)ﻛﺗﺎﺏب ﺍاﻟﺟﺑﺭر ﻭوﺍاﻟﻣﻘﺎﺑﻠﺔ‬
(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» ‫(ﺟﺑﺭر‬yabr), 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.
2.
3.
4.
Es gratuito.
Es multiplataforma (compatible para Windows, Linux, Mac).
Es una herramienta muy completa de diseño y modelado.
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.