La enseñanza de la Expresión Gráfica mediante la visualización de modelos tridimensionales

Abstract

El trabajo en disciplinas como la ingeniería o la arquitectura implica un gran control de las habilidades de visualización espacial, que es fundamental para la comprensión de los conceptos y para la realización de actividades asociadas a los procedimientos, es decir, los estudiantes deben ser capaces de expresar, comprender y manejar los elementos gráficos cuando están en contacto con los proyectos técnicos. En muchas ocasiones, nos hemos encontrado con la dificultad de transmitir esos conocimientos, que son la base para adquirir las competencias profesionales propias del título. Tradicionalmente se ha recurrido a bocetos, dibujos en perspectiva, maquetas a escala, o fotografías para lograr ese objetivo; puesto que no es posible la observación directa en el aula de estos fenómenos a representar. Es por ello, por lo que los profesores tienen que incluir diferentes herramientas en clase para que los estudiantes alcancen dichas competencias. Por esta razón, desde el curso 2012-13, se decidió utilizar en el desarrollo de las clases los modelos digitales 3D usando diferentes tecnologías (Realidad Aumentada (RA), PDF3D y SketchUp (SKP)) para intentar paliar esa dificultad en el proceso de enseñanza aprendizaje. La incorporación de los mismos se ha llevado a cabo basándose en experiencias exitosas previas realizadas en la educación superior en el ámbito de la ingeniería y la arquitectura. No obstante, no se ha observado ningún enfoque similar para tratar este tema en la representación del terreno con líneas de nivel en Topografía, ni el llevar a cabo la experiencia a lo largo de todo el periodo lectivo de una materia. Este trabajo presenta las estrategias aplicadas en dos casos de estudio. Uno de ellos en la Formación Profesional, curso de Proyectos de Edificación, en el IES Politécnico Jesús Marín de Málaga y otro en la asignatura de Expresión Gráfica en la Ingeniería de primer curso del doble grado en Ingeniería Mecánica e Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo del Producto de la Universidad de Málaga. El objetivo principal de esta investigación es mejorar las habilidades de visualización espacial de los estudiantes, incidiendo especialmente en la transmisión eficiente de conocimientos y en la participación activa del alumnado para conseguir desarrollar un nuevo sistema que permita a los estudiantes enfrentarse más exitosamente al control de la Expresión Gráfica de una manera más intuitiva, con objetos tridimensionales, más acordes con la realidad y que pueden ser manejados por ellos, en el mismo momento en el que se están realizando los ejercicios de dibujo técnico bidimensionales. Así, se presenta una investigación experimental realizada observando la variación de la capacidad espacial y de los datos académicos del alumnado que ha formado parte del estudio. Por otro lado, se recogen varias medidas para valorar el seguimiento del curso por parte de los estudiantes, y de su motivación, según el método ARCS. Los estudiantes también evaluaron la facilidad de uso de los modelos 3D, desde un punto de vista cuantitativo y cualitativo. El proceso se llevó a cabo utilizando el método Bipolar Laddering y los criterios de definición de usabilidad de las normas ISO, buscando determinar la preferencia, por parte del alumnado, entre los distintos medios 3D establecidos a su alcance para la compresión de la materia dada. Los resultados apoyan la hipótesis de partida, demostrando una buena acogida por parte del alumnado y una actitud positiva de los estudiantes respecto de los modelos 3D utilizados, consiguiendo mayor rapidez de respuesta respecto de su capacidad de visualización espacial, un mayor nivel de motivación, una mayor asistencia a clases prácticas, una mayor tasa de trabajo práctico entregado y un menor porcentaje de abandonos. También son positivas las valoraciones de usabilidad de los mismos.

Work in disciplines such as engineering or architecture involves a great deal of control over spatial visualization skills, which is fundamental for understanding concepts and for carrying out activities associated with the relevant procedures. In other words, students must be able to understand and manage graphic elements when they are in contact with technical projects. On many occasions, some degree of difficulty is encountered when attempting to transmit this knowledge, which is problematic, given that the latter forms the basis for acquiring the professional skills that are demanded by the discipline. Traditionally, sketches, drawings in perspective, scale models, or photographs have been used to achieve this goal, since it is not possible to directly observe these phenomena in the classroom. For this reason teachers need to include a range of tools in the learning environment in order for students to master the necessary skills. In order to address the problems inherent in acquiring this information, and to explore novel ways of enhancing the teaching/learning process, 3D digital models using different technologies (Augmented Reality (AR), PDF3D and SketchUp (SKP) were utilised in the development of the classes on a course during the 2012-2013 academic year.. The incorporation of 3D models was based on previous successful experiences in higher education in similar fields of engineering and architecture. To our knowledge, on the one hand this is the first attempt at managing 3D digital models for the representation of terrain with contours in topography and on the other hand, we have carried out a learning experience with 3D models throughout the course of an entire academic year instead of isolated experiences. This paper presents the strategies applied in two case studies. One of these cases was studied in a Vocational Training program on a Construction Projects Course, in the Polytechnic Secondary School of Malaga, whilst the other focused on the first year subject known as “Graphic expression in Engineering”, which is part of the dual degree in Mechanical Engineering and Industrial Design Engineering and Product Development at the University of Malaga, Spain. The aim was to improve the students' spatial visualization skills, with special emphasis on the efficient transmission of knowledge and active participation of the students. In particular, we set out to develop a new system that allows students to more successfully deal with the control of graphic expression in a more intuitive way, using three-dimensional objects that are more in line with reality and which can be handled at the same time as performing two-dimensional technical drawing exercises. In order to achieve these goals, an experiment is presented in which data were gathered regarding differences in the spatial ability and academic results of the students who took part in the study. In addition, several measures were taken to assess and monitor the activity and motivation of the students during the course in accord with the ARCS method. The students also evaluated the ease with which the 3D models could be used from both a quantitative and qualitative point of view. The process was conducted using the Bipolar Laddering method and by adopting the criteria of usability as defined by ISO standards, with the goal of determining the students’ preferred 3D models from the range of those available. The data collected support our hypothesis. The results thus demonstrate strong acceptance of the models used, with the students showing a positive attitude towards the 3D models and demonstrating more rapid responding when given tasks that require spatial visualization abilities. Moreover, they displayed a higher level of motivation, an increased attendance to practical classes, a higher rate of practical work delivered, and a lower percentage of dropouts. The usability ratings were also positive.