References

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• Puzzlemote: videojuego controlado con el mando de la Wii para niños de 6 a 10 años

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• Puzzlemote: Wii remote controller videogame for 6 to 10 years old children

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• Marcelo Daniel Torres Vinueza, Walter Fuertes, César Xavier Villacís Silva, Margarita Elizabeth Zambrano Rivera, Carlos Teiron Prócel Silva

  Resumen

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• Palabras clave

  Aprendizaje. Videojuegos. Juegos educativos. Metodología de Diseño Hipermedia Orientada a Objetos. Inteligencia artificial. Wii.

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• Keywords

  Learning. Video games. Educational games. Object Oriented Hypermedia Design Method. Artificial intelligence. Wii.

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• Sumário

  Introducción

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• Marco referencial

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• Video juegos y aprendizaje

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• Inteligencia Artificial para Videojuegos

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• Metodología de Diseño Hipermedia Orientada a Objetos

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• Wiimote

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• Visual Studio y Librería Gráfica GDI+

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• Diseño e implementación

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• Especificación de requerimientos

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• Diseño Conceptual

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• Modelo Navegacional

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• Implementación y pruebas

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• Construcción de Componentes Puzzlemote

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• Construcción de la Interfaz Puzzlemote

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• Evaluación de Resultados

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• Trabajos relacionados

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• Conclusiones y trabajo futuro

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• Referências

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• Introducción

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• Los videojuegos didácticos posibilitan la interactividad con los estudiantes, facilitan las representaciones animadas y permiten simular procesos complejos. Abren nuevas posibilidades de innovación e implementación de nuevos modelos que facilitan el proceso de enseñanza. Por otro lado, el aprendizaje del uso dispositivos de tecnología como computadoras, celulares, video juegos, etc., se hace cada vez más intuitivo, tanto así que los niños de ahora desarrollan con facilidad el conocimiento y la habilidad necesaria para manejarlos (Kurzweil, 2010). Sin embargo, la industria de este software en el Ecuador no se ha explotado suficientemente, especialmente en el ámbito educacional para niños de temprana edad, ya que el costo de desarrollar estas herramientas puede ser elevado.

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• Marco referencial

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• En esta sección se describe una serie de elementos conceptuales mediante los cuales se desarrolló este proyecto de investigación.

  Video juegos y aprendizaje

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• En nuestro proyecto se ha tomado como base el estudio de Álvarez (2013) quien establece cinco especificaciones claves de los videojuegos para su desarrollo y ejecución; deben: ser enfocados en una sola competencia; tener una interfaz de usuario gráfica simple y evaluada pedagógicamente; exhibir casos con razonamiento formal; mostrar casos generados aleatoriamente para prevenir que el estudiante memorice las respuestas a los problemas; y tener contenido retador y generador de competitividad entre los estudiantes que usen el videojuego; es decir, caos con diferentes niveles de dificultad. Por otro lado, se debe reconocer que los videojuegos constituyen un fenómeno popular asociado con el desarrollo tecnológico, que ha ampliado su campo de acción y sobrepasado la frontera de entretenimiento, alcanzando el ámbito educativo.

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• Inteligencia Artificial para Videojuegos

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• La Inteligencia Artificial (IA) es un campo de las ciencias computacionales que se puede aplicar en el proceso de enseñanza aprendizaje, que fomenta el razonamiento lógico, para resolver problemas complejos y encontrar soluciones de una manera más rápida y segura. La IA otorga a la computadora la capacidad de aparentar un raciocinio humano (León, 2008), y logra el dominio del aprendizaje por el reforzamiento y ejercitación, favorece procesos de construcción de conocimiento, reconoce una extensa gama de errores de razonamiento, provee conjuntos de problemas distintos y gradúa la dificultad relativa (Bello, 2002), (Rich & Kevin, 1994).

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• En este proyecto se ha seleccionado la combinación de técnicas de razonamiento hacia adelante y hacia atrás, que consiste en construir un árbol de secuencias de movimientos que ofrezcan soluciones empezando con las configuraciones objetivo en la raíz del árbol. Luego se generará el siguiente nivel del árbol encontrando todas las reglas cuyos lados derechos estén ligados con el nodo raíz. Éstas serán todas las reglas que, si son las únicas que se aplican, generarán el estado que se desea. Se utilizará el lado izquierdo de las reglas para generar los nodos en este segundo nivel del árbol (Rusell & Meter, 1994).

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• Metodología de Diseño Hipermedia Orientada a Objetos

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• Wiimote

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• Es el control remoto de la consola Wii de Nintendo, el cual también es compatible con la consola Wii-U. Sus características son la capacidad de detección de movimiento en el espacio y la habilidad de apuntar hacia objetos en la pantalla. Su diseño es similar a un control remoto de televisión, creado para ser utilizado en una sola mano y de la manera más intuitiva posible y está construido alrededor del chip de Bluetooth Broadcom (Selver 2004), (Lee, Hudson & Tse, 2008).

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• Visual Studio y Librería Gráfica GDI+

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• En este proyecto, Microsoft Visual Studio provee los IDE para el desarrollo de aplicativos de consola, programas para usuario con interfaces gráficas, aplicaciones con formularios, servicios Web y la combinación con otras plataformas desarrolladas por Microsoft. Además se ha utilizado la librería gráfica de Windows GDI+ (Graphics Device Interfaces+) que permite al Sistema Operativo la construcción de gráficos independiente de la marca de la tarjeta de video.

  Diseño e implementación

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• En esta sección se muestra cómo se diseñó e implementó el videojuego didáctico Puzzlemote. El proyecto constó de tres tipos de rompecabezas, seis animales para armar, conexión y reconocimiento con control remoto del Wii, archivos planos para manejo de información, módulo de seguridad de producto y aplicación de la IA para armado y desarmado.

  Modelo IA: caso Puzzlemote

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• Para el modelo de IA de la aplicación se ha empleado la combinación de las técnicas de razonamiento hacia delante y hacia atrás, con lo cual se utiliza grafos dirigidos, que son representados por listas enlazadas. Estas se encargan de almacenar los diferentes movimientos hechos por la misma aplicación y el usuario. Desde a un estado inicial al desordenar el rompecabezas, se puede volver al estado objetivo, donde la aplicación puede reproducir todas las jugadas al manejar los nodos de la lista enlazada almacenando los movimientos del estado inicial y luego invertir la lista para llegar u obtener el estado objetivo. En la Figura 1 se muestra tanto los valores iniciales y finales de la lista de fichas, como la lista de valores que guardan los movimientos.

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• Figura 1 – Índice de Posiciones en un Puzzle

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• Fuente: Elaboración propia.

  Este modelo detalla cómo se encuentra estructurado un rompecabezas para 15 fichas. Se compone de 15 grafos dirigidos, los cuales representan un grupo de movimientos válidos que se pueden realizar dentro de la aplicación. Así por ejemplo, el nodo vacío, que en la Figura 1 es el 13, solo puede relacionarse con los nodos 9, 12 y 14 (índices de posición), es decir sus nodos vecinos, de tal manera que se obtiene un grafo que se puede representar con la siguiente ecuación:

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• Como se puede apreciar, en el modelo se utiliza una bandera con el valor de -1, la cual indica la ubicación del espacio de la ficha vacía. Cuando se mueve una ficha en el rompecabezas, sucede que los contenidos de ambas fichas (la vacía y la ocupada) intercambian el dato de su número, convirtiendo la ficha vacía en visible y la ocupada en invisible; de tal manera que al final del juego, la ficha vacía se debe encontrar en la posición 15 (la última ficha que está en el tablero de juego). En el caso del juego, la posición 15 corresponde a un botón o controlador de imagen.

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• La información que se muestra en las Figuras 2 y 3, se refiere a los viables movimientos válidos de las fichas dentro de los posibles rompecabezas de la aplicación (8, 15e), representados por grafos dirigidos:

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• Fuente: Elaboración propia.

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• Fuente: Elaboración propia.

  Especificación de requerimientos

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• El sistema tuvo que cumplir las siguientes tareas y roles:

  a) iniciar programa;

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• b) activar el producto;

  c) configurar el juego;

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• d) mover una ficha en una partida del juego;

  e) desplegar el puntaje de los juegos;

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• f) seleccionar nueva imagen

  g)  armar solo el rompecabezas;

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• h) cambiar el nombre del jugador; y

  i) evaluar y salir del juego.

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• Las Figuras 4 y 5, muestran los diagramas de casos de uso de la aplicación Puzzlemote y uno de secuencias de cómo mover una ficha con control Wii.

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• Figura 4 - Casos de uso del sistema Puzzlemote

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• Fuente: Elaboración propia.

  Figura 5 - Diagrama de Secuencias "Mover una ficha con control Wii"

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• Fuente: Elaboración propia.

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• Diseño Conceptual

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• En esta fase, se diseñaron e implementaron archivos planos para la manipulación y almacenamiento de información, como son puntajes, datos referenciales, configuraciones y usuarios del sistema. Así mismo, se determinó que la arquitectura a utilizar sería el Modelo Vista-Controlador, el cual se complementa con OOHDM, separando el diseño de interfaz con el motor-control del juego. El sistema posee cinco (5) capas de control las cuales son: controlador del juego, controlador de registro del sistema, controlador de seguridad, controlador de la librería Wiimote y vista de sistema.

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• Modelo Navegacional

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• En esta fase, el desarrollo de las interfaces estuvo marcado por el uso de formularios (los controles Form), los que permiten una adecuada forma para desarrollar vistas, además de ser estéticamente acertadas. Los objetos Navegacionales son: control de programa, formularios de rompecabezas 8-puzzle, 15-puzzle, 24-puzzle y formulario de activación de producto. Los contextos navegacionales son: seleccionar imagen, configurar juego, acerca del juego, ayuda del juego, puntajes.

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• Implementación y pruebas

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• Construcción de Componentes Puzzlemote

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• En los Cuadros 1, 2 y 3 se describen los principales componentes, sus clases y su descripción que se encargan de la especificación de requerimientos expuestos en el proyecto.

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• Cuadro 1 – Componente Librería Wiimote

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• Fuente: Elaboración propia.

  Cuadro 2 - Componente Juego

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• Fuente: Elaboración propia.

  Cuadro 3 - Componente Seguridades

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• Fuente: Elaboración propia.

  Construcción de la Interfaz Puzzlemote

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• La interfaz se divide en una clase (Program), que se encarga de mostrar la ventana adecuada de acuerdo a la configuración guardada del sistema; y tres formularios que corresponden a cada nivel que posee el juego (el formulario frmRompecabezas9 de 8-puzzle, el frmRompecabezas16 de 15-puzzle y el frmRompecabezas25 de 24-puzzle). Los 3 formularios a su vez contienen “sub-ventanas”, hechas con el Control GroupBox, que muestran la “Configuración del Juego”, la ventana “Acerca del Juego, y dentro de esta, la opción de levantar la animación de ayuda creada en el programa Prezi. Las figuras 6 a 9 muestran el funcionamiento del videojuego didáctico y su ejecución:

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• Figura 6 - Interfaz del Rompecabezas de 15 piezas

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• Fuente: Elaboración propia.

  Figura 7 - Interfaz del Nuevo juego

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• Fuente: Elaboración propia.

  Figura 8 - Interfaz del Menú de Configuración

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• Fuente: Elaboración propia.

  Figura 9 - La interfaz del puntaje obtenido

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• Fuente: Elaboración propia.

  Los formularios del juego poseen la misma estructura de diseño (Tabla 2), la cual se divide en: control de nombre de jugador (el cual posee un control para cambiar el nombre); contenedor del tiempo transcurrido en una partida; contenedor del rompecabezas; imagen de ayuda para armar el rompecabezas; y, controles del juego (nuevo juego, menú de configuración y salir del juego).

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• Puzzlemote tiene derechos reservados en la empresa Virtual Learning Solutions, y se puede visualizar el Manual de usuario en línea, en el URL: http://prezi.com/zg4dpdt9jb3o/Puzzlemote-manual-de-usuario/.

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• Evaluación de Resultados

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• Para probar la aplicación se seleccionó como proyecto piloto una escuela privada del cantón Quito, para lo cual se tomó una muestra de 18 alumnos de una población total de 270, que corresponden a los grupos de niños entre tercero y quinto grado de educación básica, donde cada grupo tiene un total de 90 estudiantes distribuidos en tres paralelos (A, B, C).  De este análisis se pudo determinar los siguientes resultados:

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• a) para el 8-Puzzle solamente un grupo de 10 estudiantes, según la muestra, lograron resolver el rompecabezas en el segundo intento, luego de proveerles las pautas básicas para solucionarlo, dentro de un tiempo de cinco minutos;

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• b) para el 15-Puzzle solamente un grupo de 4 estudiantes, según la muestra, lograron resolver el rompecabezas en el segundo intento, luego de darles, las pautas básicas para solucionarlo, dentro de un tiempo de cinco minutos; y

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• c) para el 24-Puzzle, no hubo ningún interés por parte de los estudiantes para resolverlo, ya que resultaba complejo completarlo.

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• Estos resultados se muestran en las Tablas 1 y 2 de acuerdo al género y grado seleccionados:

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• Fuente: Elaboración propia.

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• Fuente: Elaboración propia.

  Trabajos relacionados

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• En relación a videojuegos que permiten realizar investigación con fines educativos en Illanas (2013) y Illanas, Calvo-Ferreret, Gallego y Llorens (2013), se persigue el objetivo de que el jugador se convierta en un intérprete reconocido y, para ello, debe ser capaz de completar las traducciones en castellano de varios conferenciantes que realizan sus discursos en inglés. Además el videojuego se está utilizando como plataforma experimental en el ámbito educativo y, en particular, en una asignatura de inglés de la Universidad de Alicante.

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• En trabajos más cercanos al nuestro, John Chung Lee (2008) experimentó con el control remoto de la Wii, generando una gran cantidad de recursos y tentativas a seguir, todos ellas enfocados a una conexión y mejor manejo de un Wiimote en el sistema operativo Windows. Como resultado de ello, se obtuvo un lápiz óptico que funciona con dicho dispositivo, capaz de enviar señales al control, el cual interpreta, con un software específico, las señales como si fueran clics encima de una pantalla o proyección. Todas estas investigaciones se han enfocado, exclusivamente en la educación y capacitación e-learning.

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• En nuestra investigación, comparada con los trabajos citados, se diseñó y se implementó interfaces gráficas de usuario utilizando el folclor ecuatoriano, aprovechando los beneficios de OOHDM y de la IA, aplicando técnicas de razonamiento hacia adelante y hacia atrás en el n-puzzle.

  Conclusiones y trabajo futuro

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• Referências

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• Álvarez, F. (2013). Uso de videojuegos educativos, caso de estudio: México. Revista Iberoamericana para la Investigación y el Desarrollo Educativo. 10, Recuperado en 2 noviembre, 2013 de http://www.ride.org.mx/docs/publicaciones/10/juegos_educativos_software/H01.pdf.

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• Barajas, S. & Álvarez, R. (2012). Mathematics Game e-Library for Elementary School, Study Case: Mexico. Proceedings of the SPDECE-2012. Ninth multidisciplinary symposium on the design and evaluation of digital content for education, (pp. 123-134).

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• Bello, R. (2002). Aplicaciones de la Inteligencia Artificial. Guadalajara: Universidad de Guadalajara.

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• Buckland, M. (2004). Programming Game AI by Example. Jones & Bartlett Publishers: USA.

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• Doran, J., & Michie, D. (1966). Experiments with the Graph Traverser Program. Proceedings of the Royal Society, 294, 235-259.

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• Durkin, J. (1994) Expert Systems: design and development. Macmillan Coll Div.

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• Espinosa, M., & Valdivia, Z. (2008). La inteligencia artificial en la informática educativa, Revista de Informática Educativa y Medios Audiovisuales, 5(10), 11-18.

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• González, J., & Zapata, G. (2010). Desarrollo de un software educativo para fomentar valores desde la formación personal y social. (Tesis de Licenciatura, Universidad Central de Venezuela, Facultad de Humanidades y Educación, Escuela de Educación).

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• Illanas, A., Calvo-Ferreret, J., Gallego, F., & Llorens, F. (2013). Predicting student performance in foreign languages with a serious game. Proceedings of INTED2013 Conference 4th-6th March 2013, (pp. 52-59). Valencia, España. Recuperado en 2 noviembre, 2013 de http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/27188/1/1013.pdf.

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• Illanas, A., (2013). Un videojuego como sistema predictivo de aprendizaje, Memoria para la obtención del Diploma de Estudios Avanzados, (Tesis de Doctorado en Ingeniería Informática y Computación, Universidad de Alicante).

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• Kurzweil, R. (2010). The Singularity is Near: The movie trailer. Recuperado de http://www.singularity.com/themovie.

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• Historia Editorial

  Recibido: Octubre 9, 2013

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• Aceptado: Noviembre 3, 2013

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• Acerca de los autores

  Marcelo Daniel Torres Vinueza marcextv@outlook.com

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• Bachiller en Ciencias, Ciencias Básicas - Unidad Educativa La Salle/Quito, Bachiller en Ingeniería - ESPE. Gerente de  none0 

• TI - Junta Nacional de Defensa del Artesano.

  Walter Fuertes wmfuertes@espe.edu.ec

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• Ingeniero de Sistemas y Informática - ESPE, Máster en Informática - EPN. Profesor-Investigador - ESPE.

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• César Xavier Villacís Silva cjvillacis@espe.edu.ec

  Ingeniero de Informática y de Sistemas - ESPE, Máster en Sistemas Multimedia y Informática - ITI/Quito, Diplomado em Diseño Curricular por Competencias - ESPE. Docente - ESPE/DCC.

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• Margarita Elizabeth Zambrano Rivera mzambrano@espe.edu.ec

  Ingeniera en Sistemas e Informática - ESPE. Docente – ESPE/ DCC.

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• Carlos Teiron Prócel Silva cprocel@espe.edu.ec

  Ingeniero Electrónico - ESPE, Máster el Seguridad y Desarrollo - IAEN/Quito, Máster en Ciencias de la Computación – IME/ Rio de Janeiro, Diplomado en Gestión Directiva – ESPE. Docente - ESPE/DCC.

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• Para citar el artículo

  TORRES VINUEZA, M. D. ; FUERTES, W.; VILLACÍS SILVA, C. X. ; ZAMBRANO RIVERA, M. E. ; PRÓCEL SILVA, C. T. Puzzlemote: videojuego controlado con el mando de la Wii para niños de 6 a 10 años. AtoZ: novas práticas em informação e conhecimento, Curitiba, v. 2, n. 2, p. 96-107, jul./dez. 2013. Disponível em: < http://www.atoz.ufpr.br> . Acesso em:

   journal 
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