Journal of Materials Education University of North Texas [email protected] ISSN (Versión impresa): 0738-7989 MÉXICO

2002 Peter J. Goodhew PROGRAMAS INTERACTIVOS (SOFTWARE) PARA LA ENSEÑANZA DE MATERIALES Journal of Materials Education, año/vol. 24, número 1-3 University of North Texas Denton, México pp. 39-43

Journal of Materials Education Vol. 24 (1-3): 39-44 (2002)

PROGRAMAS INTERACTIVOS (SOFTWARE) PARA LA ENSEÑANZA DE MATERIALES Peter J. Goodhew Centro de Educación de Materiales del Reino Unido, Departamento de Ingeniería, Universidad de Liverpool, Liverpool L69 3GH, UK; [email protected]

RESUMEN Existe una gran variedad de programas interactivos cuya intención es apoyar la enseñanza y el aprendizaje y se encuentran disponibles en CD y en sitios en la red por todo el mundo. En esta presentación se enfatiza la diferencia entre animaciones y simulaciones, y entre programa pasivo e interactivo, a través de un programa que proviene del proyecto MATTER.1 Se cubren las técnicas para el desarrollo y la evaluación de de dicho programa junto con una variedad de maneras en las que el programa puede ser utilizado para dar apoyo al aprendizaje del estudiante. Se discuten los mecanismos para localizar, mantener y revisar los programas interactivos vía el Centro de Educación en Materiales del Reino Unido.2 Palabras clave: Programas Interactivos (software), MATTER, autorización en la Red.

DESARROLLO HISTÓRICO Los programas (software) educativos de computadora que apoyan la enseñanza y el aprendizaje de la ciencia de materiales se utilizan hace ya 20 años, desde principios de los 80. En otros campos el uso de computadoras para la “instrucción” comenzó desde los años 70, pero eran programas muy idiosincrásicos diseñados para especialistas en hardware y no se les podía utilizar fuera del departamento en donde se crearon. En el campo de los materiales y el mercadeo por menudeo, la mayoría del software era diseñado para uso local, y el Instituto de Materiales3 publicó las primeras series de programas (en discos de 5 pulgadas) en el año de 1985. A pesar de la falta de sofisticación y del menudeo en el mercado, este

programa se vendió en más de 20 países, lo que indicaba el gran potencial de aceptación que tenía a nivel mundial; al mismo tiempo, la Universidad Abierta en el Reino Unido y los departamentos de capacitación de las industrias principales (la industria británica del acero por ejemplo) desarrollaron programas (en discos de 3.5 pulgadas). El Instituto de Materiales desarrolló todo esto dentro de un proyecto denominado MATTER y fundó una agencia de fondos entre las universidades del Reino Unido. MATTER tuvo un éxito tremendo y sigue activo hasta le fecha.1 Mientras que en los EUA un variado número de iniciativas terminaban en varios programas que se publicaron durante la década de los 90, la última edición del conocido texto para estudiantes de posgrado de Callister

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incluye un paquete substancial de programas de apoyo.4 Un programa educativo de calidad no es fácil de desarrollar, ni barato y sólo puede ser redituable si se utiliza fuera de la universidad donde se diseñó; la publicación es viable una vez que el nivel de independencia de la plataforma se ha establecido. Durante los años 90, la mayoría de las publicaciones se hicieron en el formato de CD-ROM, pero en el siglo 21 es más universal el navegador de la Internet; aunque esto parece terminar con los problemas de compatibilidad, los autores y los publicistas reconocen que es sumamente difícil producir un software lo suficientemente sofisticado que funcione siempre igual en los diferentes navegadores. Además de éstos, hay muy pocos indicios de que los fondos y el esfuerzo se unan en el rediseño de un buen software para subir a la red. PROGRAMAS INTERACTIVOS

(S0FTWARE) Es necesario hacer hincapié en los que significa “un programa interactivo”, no estamos hablando de cursos (ya sea a distancia o locales) cuyo contenido se envía electrónicamente. En este artículo hablamos de los recursos para el aprendizaje y la enseñanza; estos están dirigidos a ayudar a los alumnos para que aprendan conceptos, principios y habilidades, las cuales son difíciles de adquirir en las páginas de los libros (ya sea en papel o en una pantalla). Los recursos son esencialmente interactivos y deben hacer que el estudiante piense en lugar de sólo apretar botones. Ya que estos recursos están planeados para apoyar el aprendizaje y ayudar a los maestros. No es común que un software se diseñe para apoyar a los investigadores que sea adecuado para utilizarlo en la enseñanza, a menos que sólo para práctica. El autor no recuerda ningún software que se halla desarrollado con éxito con la intención de apoyar el aprendizaje de estudiantes de licenciatura o de niveles inferiores fuera del laboratorio donde surgió, aunque el Cambridge

Materials Selector5 llena casi por completo los criterios. ¿Por qué alguien se molesta en desarrollar un software educativo para que lo utilicen científicos en materiales? Es algo difícil de dilucidar, no es barato, difícil de producir como un producto universalmente portátil y (sorprendentemente) no tiene una demanda amplia por parte de los lectores y los maestros.6 En este caso no es gran ayuda ser optimistas cuando se habla de este tema, el mercado mundial, específicamente en el ámbito de los software para materiales, es relativamente reducido y no apoyará a una genuina actividad comercial. El uso de dicho software no ahorra tiempo como se muestra en las encuestas; sólo una pequeña fracción del software disponible se encuentra bien sustentada con actualizaciones, referencias, lecturas de apoyo, etc., así pues, normalmente el maestro tiene que agregar información extra; sin embargo, las ventajas existentes son grandes, los suficiente como para seguir desarrollando el programa; helas aquí resumidas en orden de importancia a consideración personal: •

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El aprendizaje puede ser acrecentado enormemente con la utilización de buen software interactivo que tenga una base en las necesidades curriculares, en otras palabras la calidad del aprendizaje se puede mejorar tremendamente. Con una interacción propiamente diseñada, es posible impulsar un aprendizaje más de fondo que de forma, aunque ningún estudio al respecto se halla llevado a cabo. Los estudiantes esperan recibir material vía Internet, esto es un recurso particularmente poderoso en la educación de alto nivel (EAN) desde que el mercado de escuelas ha crecido dando apertura a software de alta calidad que es comercialmente viable y por lo tanto, las expectativas de los estudiantes de acceder a una EAN aumentan. Los futuros alumnos demandarán un acceso a materiales que les ayuden en su aprendizaje desde diversas locaciones, y éste es un poderoso argumento de la EAN para el mercado tradicional de alumnos

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entre los 18 y 25 años de edad, además de un mercado en crecimiento que es el de aquellos trabajadores que están en DPC (desarrollo profesional continuo) que realizan un posgrado entre los 30 y 45 años de edad. Lo interactivo es la clave atribuible de un software exitoso; sin una interacción significativa, el estudiante no encuentra razones para seguir atado a las presentaciones de materiales en una pantalla que en un texto impreso; el hecho de cargar un libro o la manejabilidad no es tan accesible como la de los materiales electrónicos. No obstante, el desarrollo de la interacción es costoso, mientras que los materiales interactivos (e-materials) son menos costosos. La fuerza de este caso se puede demostrar con algunos ejemplos de software interactivos, de los cuales algunos ya existen y otros serían de tremenda utilidad si hubiera alguien a quien convencer para que los desarrollara. Aquí hay algunas categorías útiles de software con ejemplos incluidos: Simulación de experimentos Existen algunas simulaciones modestas de difracción7,8,9, en un nivel escolar un experimento de módulos Young,10 y los principios de algún microscopio simulador de electrones11. Existe un inmenso microscopio para simulaciones posteriores, por ejemplo, un EDC (digitalización de imagen diferencial de calorimetría), pruebas de resistencia o tensión, pruebas de dureza y un ERR (espectrómetro de retrodispersión de Rutherford). Simulaciones a gran escala y/o de procesos peligrosos Ya se ha dado un comienzo con procesos del acero tales como el refinado de cuchara y rolado caliente,12 y este acercamiento necesita extenderse a muchos otros procesos industriales. Simulaciones de procesos a pequeña escala El software MATTER contiene algunas excelentes simulaciones de difusión a escala

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atómica,13 cuyos parámetros, tales como índices de saltos relativos y unión de energías, pueden ser controlados por el usuario. Un acercamiento similar al movimiento Brownian está disponible en las plataformas de Internet de las escuelas.14 Algunos temas más avanzados de los cuales el alumno se verá beneficiado son la maduración Oswald, corrosión y reptación (reptation) de polímeros. Guías para herramientas conceptuales tridimensionales y construcciones analíticas abstractas Ésta es un área central para la ciencia de los materiales. Se han realizado algunos progresos en la cristalografía15, 16, 17 y los diagramas de fase,18 la construcción de la esfera de Ewald19 y la proyección estereográfica, y hay mucho más que se puede hacer para mejorar, como el círculo de Mohr, diagramas de fase ternaria y enfriamiento constitucional. Desarrollo de las ‘difíciles’ materias (aka ‘boring’) Ésta es un área en la que se sugieren muchos temas (por ejemplo, termodinámicas, estadística y mecánica de sólidos), pero muy poco esfuerzo se ha hecho para sacar ventaja de las posibilidades interactivas. El software para materiales bien diseñado se puede utilizar para que el maestro realice una demostración, por ejemplo, una proyección en el salón, pintarrones interactivos o una red de computadoras. El software interactivo rara vez se utiliza al inicio de un tema por un solo alumno, excepto cuando ellos están motivados; pero es de gran utilidad para reforzar los temas o lecturas vistas en las clases, para el desarrollo de habilidades para una revisión. Se puede utilizar en las clases de laboratorio, no sólo para proveer datos sino para permitir un número estadístico de pruebas después de que se ha realizado uno o dos ensayos reales. El software puede (muchos dirían que debe) ser utilizado para emitir juicios; existen diferentes criterios aplicables a valoraciones acumuladas, particularmente en el área donde se dan créditos. Un curso de cristalografía está siendo

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valorado en la universidad de Liverpool por medio de pruebas de computadora desde hace ya unos años; la metodología provista por el proyecto TRIADS20 o por otros proveedores ha realizado ya varios tipos de pruebas sofisticadas que están disponibles. Otro potencial uso son los juegos educativos, el cual no surgió de la de la ciencia de materiales. DESARROLLO DE SOFTWARE El desarrollo de un software interactivo que ofrezca un aprendizaje amplio no es real, especialmente si no puede tener una duración larga, es decir, que sea aplicable por mucho tiempo, y que además sea realmente portátil; la cronología de dicho proyecto debe ser algo así como lo siguiente: 1. Encontrar un docente que tenga la necesidad de enseñar el tema seleccionado y los fondos para sustentar el tiempo del autor técnico y del desarrollo del software. Aquellas personas que creen que pueden realizar las tres actividades deben tener mucho cuidado porque no es probable que sean expertos en las tres áreas. Si cualquiera de los papeles va a ser ocupado por un alumno, lo que es muy común en los EUA, pregúntense: ¿Cómo es que este software se va a apoyar en el futuro? ¿Cómo se arreglarán a los bichos tras la graduación? ¿Cómo se actualizará el programa o se rediseñará para futuros sistemas operacionales y de entrega? 2. Decidir el método de publicación. Si hay suficientes fondos para cubrir el costo de desarrollo, entonces se puede cargar en la red para que sea un programa descargable gratuito, si hay necesidad de recuperar el costo hay que decidir cómo se manejara el mercadeo del producto. 3. Llevar a cabo un ‘análisis de las necesidades’. Una evaluación detallada del papel educativo que el software juega. ¿En qué tema conceptual tienen dificultad los alumnos? ¿Cómo se debe aumentar o acelerar el entendimiento de los alumnos con el software interactivo? 4. Definir los resultados de aprendizaje que se esperan.

5. Escribir un guía del software en papel (muchas, muchas hojas – tal vez en un archivo) dejar que el equipo lo discuta y los modifique. 6. Hacer que el programador lo codifique. 7. Evaluar el prototipo con los estudiantes y revisarlo. 8. Publicarlo (de preferencia que sea gratuito). 9. Decirle a UKCME, EEVL, NEEDS y a otra lista de recursos relacionados con el proyecto; UKCME2 intentará ayudar en la creación de la base de datos, etiquetas con una amplia gama de características descriptivas y se necesitarán voluntarios para que lo revisen. 10. Mantenerlo. RESUMEN Un software interactivo juega un papel muy importante en la educación en materiales. Existe un número de recursos sustanciales, pero hay mucho más que se puede hacer. Se sugirió un protocolo para el desarrollo de temas nuevos, frescos. Se apresuran a todos los autores del software apropiados para que los lleven al centro de atención del Centro para la Educación en Materiales del Reino Unido,2 para que se puedan catalogar para el uso de toda la comunidad. RECONOCIMIENTOS El autor quiere reconocer al apoyo financiero del Consejo del Fondo Educación de Nivel Superior de Inglaterra (HEFCE) por el proyecto MATTER y UKCME. Al Dr. Andrew Green quien jugó un papel importantísimo en el desarrollo del proyecto MATTER como se describe en este artículo. El autor se disculpa por no mencionar a los autores del software. REFERENCIAS 1. http://www.matter.org.uk 2. http://www.materials.ac.uk and email at [email protected]

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3. Instituto de Materiales Software Series – IoM, London. 4. W. D. Callister ‘Materials Science & Engineering: An Introduction, 5th Edition’ wiley.com/College/msci/callister39551X/ links.html

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13. Atomic Diffusion in Metals and Alloys in ‘Materials Science on CD-ROM’ (see MATTER web site for order details).

Selector,

14. Brownian motion in MATTER for Schools at www.matter.org.uk/ Content/BrownianMotion under Physics for A level/ A level Resources/ Brownian motion

6. C. A. Baillie and G. Percoco, Eur. J. Engg. Educ. 25, 33-43 (2000).

15. M. L. Storch, K. A. Gallagher, D.F. Schmidt and M. E. McHenry, J. Mater. Ed. 18, 67-76 (1996).

5. The Cambridge Materials www.granta.co.uk/products.html

7. T. W. Ng, J. Mater. Ed. 21, 221-228 (1999). 8. J. Cheney and Marc de Graef, J. Mater. Ed. 18, 57-65 (1996). 9. MATTER diffraction www.matter.org.uk/diffraction/

module,

10. MATTER for schools, www.matter.org.uk/ Content/ YoungModulus/ 11. An SEM module is in ‘Materials Science on CD-ROM’ (see MATTER web site for order details) and a TEM module on the Web site at www.matter.org.uk/tem 12. SteelMATTER steelmatter

at

www.matter.org.uk/

16. P. J. Goodhew and T. A. Fretwell, J. Mater. Ed. 20, 67-76 (1998). 17. Introduction to Crystallography in ‘Materials Science on CD-ROM’ (see MATTER web site for order details) 18. Introduction to Phase Diagrams and Thermodynamics of Phase Diagrams in ‘Materials Science on CD-ROM’ (see MATTER web site for order details) 19. Sitio en la Red MATTER www.matter.org.uk/diffraction bajo Difracción/ Geometría de Difracción 20. TRIADS

(Un proyecto de evaluación Computarizado) www.pcweb.liv.ac.uk/apboyle/ triads

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