8.7: .b. Tecnologías emergentes: realidad virtual y aumentada

Figura 8.7.b.1 Video de Atelier 101. Haga clic en la imagen para ver el video

Al igual que con los juegos serios, la realidad virtual y aumentada son tecnologías que han existido desde hace algún tiempo a la vez que tienen un impacto relativamente pequeño en la educación en su desarrollo anterior. Sin embargo, los desarrollos tecnológicos más recientes que han movido mundos virtuales de dos dimensiones (como Second Life) a entornos tridimensionales y profundamente inmersivos han llamado más la atención sobre su potencial en la educación (para una buena visión general de la historia y el potencial de los aumentados y realidad virtual en la educación, ver Elmqadden, 2019).

8.7b.1 ¿Qué son la realidad virtual/aumentada/mixta?

Una definición simple de estas tecnologías es 'inmersión humana en un mundo sintético' (Seidel y Chatelier, 1997). El Instituto Franklin proporciona las siguientes definiciones más detalladas que intentan distinguir entre los diferentes tipos de mundos 'sintéticos':

La realidad aumentada (AR) agrega elementos digitales a una vista en vivo a menudo mediante el uso de la cámara en un teléfono inteligente. Ejemplos de experiencias de realidad aumentada incluyen lentes Snapchat y el juego Pokémon Go.

La realidad virtual (VR) implica una experiencia de inmersión completa que cierra el mundo físico. Al usar dispositivos de realidad virtual como HTC Vive, Oculus Rift o Google Cardboard, los usuarios pueden ser transportados a una serie de entornos imaginarios y del mundo real, como el medio de una colonia de pingüinos graznidos o incluso la espalda de un dragón.

En una experiencia de realidad mixta (MR), que combina elementos tanto de AR como de VR, interactúan objetos del mundo real y digitales. La tecnología de realidad mixta acaba de comenzar a despegar, siendo HoloLens de Microsoft uno de los primeros aparatos de realidad mixta más notables.

Utilizaré el término 'tecnologías inmersivas' para todas estas tecnologías. Sin embargo, las descripciones verbales siempre serán un tanto inadecuadas para describir lo que son esencialmente experiencias multisensoriales, combinando visión, audición y movimiento. Estas tecnologías son algo que hay que experimentar más que explicar para que se entiendan mejor.

8.7b.2 ¿Por qué utilizar tecnologías inmersivas?

Hay varias razones por las que estas tecnologías están empezando a ser utilizadas más en la educación:

• el desarrollo reciente de una tecnología de usuario final de relativamente bajo costo y fácil de llevar (en particular, los auriculares);
• inmersión profunda en entornos de aprendizaje tridimensionales y altamente realistas que son fuertemente motivadores/motivadores para el usuario final;
• la capacidad de los usuarios finales para manipular objetos dentro del entorno tridimensional;
• tecnología de computación en la nube más potente que permite el desarrollo de entornos de aprendizaje más complejos y realistas, combinada con desarrollos más avanzados en tecnologías móviles y redes inalámbricas de alta velocidad;
• el potencial para desarrollar una gama de habilidades y conocimientos que serían difíciles, imposibles o peligrosos en entornos del mundo real.

8.7b.3 Ejemplos de entornos inmersivos en la educación

Al observar los desafíos anteriores, puede preguntarse por qué alguien se molestaría con las tecnologías inmersivas en la educación. Sin embargo, los beneficios potenciales apenas han sido explorados. Doy ejemplos aquí que demuestran tanto los beneficios potenciales como cómo algunos entornos inmersivos se pueden desarrollar con relativa facilidad.

8.7b.3.1 Realidad virtual

En el Departamento de Química de la Universidad de Bristol en Inglaterra, el Dr. David Glowacki y su equipo en su laboratorio de realidad virtual crearon una herramienta interactiva de modelado de dinámica molecular en forma de Nano Simbox VR, que permitió a cualquiera visitar y jugar dentro de lo invisible mundo molecular (O'Connor et al., 2018). El objetivo principal de este proyecto en particular fue proporcionar una sensación intuitiva de la forma en que las moléculas operan en múltiples dimensiones para permitir a investigadores y estudiantes tener una mejor comprensión de cómo operan los nano mundos, lo que lleva a mejores hipótesis para probar dentro de este dominio particular.

Como señalan los autores en el artículo:

Desde una perspectiva de modelado, la nanoescala representa un dominio interesante, ya que los objetos de estudio (por ejemplo, las moléculas) son invisibles a simple vista, y su comportamiento está gobernado por fuerzas físicas e interacciones significativamente diferentes a las fuerzas e interacciones que encontramos durante nuestra experiencia fenomenológica del día a día. En dominios como este, que son imperceptibles a simple vista, los modelos efectivos son vitales para proporcionar la perspicacia requerida para hacer progresar la investigación... los sistemas moleculares suelen tener miles de grados de libertad. Como resultado, su movimiento se caracteriza por una coreografía dinámica complicada, altamente correlacionada y elegante de muchos cuerpos, que no es intuitiva comparada con la mecánica más familiar de los objetos que encontramos en el mundo físico cotidiano. Su complejidad, falta de familiaridad e importancia combinadas hacen que las moléculas sean particularmente candidatas interesantes para investigar el potencial de los nuevos paradigmas de modelado digital.

Glowacki y su equipo en Science Advances (O'Connor et al., 2018) describen cómo la aplicación VR permitió a los investigadores:

• fácilmente “agarrar” átomos individuales de C ₆₀ y manipular su dinámica en tiempo real para pasar el C ₆₀ de un lado a otro.
• apoderarse de un ligando de bencilpenicilina completamente solvatado y guiarlo interactivamente para acoplarlo dentro del sitio activo de la enzima β-lactamasa TEM-1 (con ambas moléculas completamente flexibles y dinámicas) y generar el modo de unión correcto (33), un proceso que es importante para comprender la resistencia a los antimicrobianos
• guiar una molécula de metano (CH ₄) a través de un nanotubo de carbono, cambiando el sentido del tornillo de una molécula de heliceno orgánico,
• atar un nudo en un polipéptido pequeño [17-alanina (17-ALA)

Figura 8.7b.2 El uso de la realidad virtual para fomentar la intuición química Dr. David Glowacki, Universidad de Bristol. Da click en la imagen para ver el video.

La construcción de modelos dinámicos que operen no solo en tiempo real sino también en tres dimensiones puede requerir no solo equipos especializados de realidad virtual, sino, lo que es más importante, cantidades masivas de potencia informática para manejar la representación visual y modelado de dinámicas interactivas altamente complejas procesos moleculares. Sin embargo, a través del uso de la computación en la nube y redes más rápidas, la construcción de tales modelos se ha convertido en una realidad, permitiendo no solo representar tales modelos sino permitiendo cierto grado de manipulación en tiempo real por parte de investigadores en diferentes ubicaciones pero dentro del mismo marco de tiempo. La principal ventaja del uso de una plataforma en la nube es permitir el escalado del modelado de interacciones nano dinámicas simples a mucho más complejas y el intercambio sincrónico de la experiencia de realidad virtual con múltiples usuarios.

Sin embargo, no todas las aplicaciones de la realidad virtual necesitan una potencia informática masiva. Otros usos exploratorios de la realidad virtual son

• para que los estudiantes encuentren su camino alrededor de un campus complejo
• en la arquitectura/planeación del espacio, permitiendo a los clientes comprender en tres dimensiones el 'look' final del diseño de un edificio caminando virtualmente por él (Brandaõ et al., 2018), Google Blocks, un programa de software libre para desarrollar modelos 3D, es una herramienta que puede apoyar este tipo de aplicación.
• en la música: en la Universidad de Columbia Británica, el Dr. Jonathon Girard está explorando el uso de la realidad virtual para aprender a dirigir una orquesta (la orquesta virtual 'responde' a los gestos con las manos del director)
• en medicina y salud: investigadores de la UBC están explorando el uso de la VR para el manejo del dolor

8.7b.3.2 Realidad aumentada

La realidad aumentada es una tecnología inmersiva más simple que la realidad virtual, a menudo basada en aplicaciones para teléfonos móviles. Por ejemplo, los estudiantes de la APBI 200 Introduction to Soil Science de la Universidad de Columbia Británica aprenden sobre los efectos de la topografía en la formación de diferentes tipos de suelo. El departamento ha desarrollado la aplicación Soil TopArgraphy, que permite visualizar y manipular un modelo de terreno en la región de Kamloops de Columbia Británica. Los estudiantes aprenden cómo la topografía impacta la distribución de los órdenes del suelo a través de sus efectos sobre el microclima (es decir, temperatura y agua Los estudiantes pueden ver el modelo de terreno con un mapa de elevación codificado por colores o una imagen satelital en sus teléfonos móviles. Además, los estudiantes pueden tocar banderas para leer sobre diferentes órdenes de suelo, ver imágenes y tomar un cuestionario de autoaprendizaje para reforzar su comprensión.

Para este proyecto, Emerging Media Lab de UBC construyó dos aplicaciones móviles, un visor AR para estudiantes (Android e iOS) y un editor para el instructor (Android). El visor AR es la aplicación descrita anteriormente para ver un terreno predefinido. El instructor puede personalizar los contenidos con la aplicación de edición complementaria. Pueden actualizar la ubicación del suelo en el terreno, descripción, imagen y cuestionarios

Figura 8.7.c.3 Imágenes de pantalla de Soil TopArgraphy

Otros ejemplos de aplicaciones AR de UBC:

• El Dr. Patrick Walls está desarrollando una aplicación basada en teléfonos móviles que ayuda a los estudiantes a visualizar funciones multivariables, con el fin de aprender los conceptos subyacentes a un nivel más profundo mucho más rápidamente.
• en GEOG 498: Geografías en el Medio Oriente, los estudiantes aprenden sobre la historia de la Guerra Civil Siria y sus desarrollos en curso. El instructor, el Dr. Siobhán McPhee, ha desarrollado una aplicación móvil que sigue las historias de cinco refugiados sirios que finalmente llegaron a Vancouver. Los estudiantes se ven obligados a tomar decisiones (o se les da una falta de elección), esperar y correr/caminar con la aplicación para poder avanzar en la narrativa de la experiencia. El propósito de este proyecto es evocar la empatía y ayudar a los estudiantes a comprender las consecuencias emocionales de la Guerra Civil Siria. Esta app también aplica algunos principios de gamificación.

8.7b.4 Diseñar entornos educativos inmersivos

Esta tecnología es tan reciente que hay pocas o ninguna de las mejores prácticas aceptadas desarrolladas aún para uso educativo. La mayoría de las aplicaciones educativas hasta la fecha han sido deliberadamente de carácter exploratorio. No obstante, se requieren varias etapas de desarrollo que se aplicarán a todas las aplicaciones educativas de estas tecnologías:

• identificar los costos iniciales y las posibles fuentes de financiamiento: no es probable que sea un ejercicio barato, al menos inicialmente; por esta razón, varias universidades, como la Universidad de Columbia Británica, y la Universidad Drexel, han establecido sus propias laboratorios de investigación de tecnologías para experimentar con aplicaciones educativas;
• definir resultados de aprendizajes/objetivos: ¿qué se espera que aprenda el alumno? En las primeras etapas de desarrollo esto puede ser tanto un ejercicio de lluvia de ideas (preferiblemente incluyendo estudiantes/usuarios finales) como un proceso iterativo, porque el potencial completo de la tecnología no siempre está claro en las primeras aplicaciones. En particular, el instructor necesita tener una visión clara de lo que podría ser posible usando una tecnología inmersiva. Por lo tanto, es esencial cierta familiaridad con la tecnología antes de comenzar el diseño;
• determinar dónde encaja el uso de esta tecnología dentro del diseño general de un curso/programa: en otras palabras, ¿qué conocimientos y habilidades se desarrollarán dentro del entorno inmersivo, y cómo se integra esto con lo que se enseña en el resto del curso/programa?
• decidir entre usar un entorno de diseño/aprendizaje inmersivo existente que pueda aplicarse o adaptarse con relativa facilidad para uso 'local'; o diseñar un nuevo entorno inmersivo desde cero. Esto último es obviamente más costoso y requiere mucho tiempo y requerirá un alto nivel de experiencia; como resultado, el desembolso desde el diseño desde cero (mejores resultados de aprendizaje/retorno de la inversión) debe valer la pena el esfuerzo;
• elección de tecnología apropiada/asequible. Los auriculares o las aplicaciones móviles son la parte menos costosa del uso de tecnologías inmersivas. El costo principal estará en desarrollar o adaptar el mundo 'aumentado' o 'virtual'. Sin embargo, al igual que con los juegos serios, puede haber un paso intermedio, donde un 'mundo' existente puede ser licenciado y adaptado para uso local (ver por ejemplo, Lightwave). En algunos casos, los mundos inmersivos de acceso abierto están disponibles para su uso o adaptación, aunque no son comunes (ver OpenSimulator, Art of Illusion, o MayaVerse, para ejemplos). A menudo los estudiantes pueden ser utilizados para ayudar con la programación y diseño del entorno, como parte de sus estudios, pero necesitarán dirección así como la oportunidad de ofrecer ideas creativas. Los mundos virtuales verdaderamente interactivos donde los aprendientes/usuarios toman decisiones y las consecuencias se 'programan' en el entorno de aprendizaje pueden requerir grandes cantidades de capacidad informática, como la computación en la nube;
• para ser efectivo, el entorno de realidad virtual tiene que ser lo más auténtico o realista posible. Esto significa prestar tanta atención a la creación del contexto específico de aprendizaje. Será necesario decidir qué partes del aprendizaje se realizarán mejor fuera de la experiencia VR/AR, y cuáles dentro. Por ejemplo, los procedimientos para monitorear el estado de un reactor nuclear, para identificar incidentes críticos, para decidir si se debe o no apagar el reactor o cuándo, y para realmente apagar el reactor, también deben incorporarse al proceso de aprendizaje. La mayor parte de esto se puede enseñar fuera del contexto de la realidad virtual, pero la VR se puede utilizar para probar o desarrollar las habilidades de aplicar este conocimiento en un contexto realista y desafiante. En otras palabras, la experiencia de realidad virtual debe integrarse dentro de un contexto o entorno de aprendizaje más amplio;
• pruebas y adaptación: el diseño, al menos inicialmente, tiene que ser un proceso iterativo, donde se desarrollen y prueben ideas, y se reciba retroalimentación e incorpore al diseño;
• evaluación: esto puede ser un reto particular, sobre todo si la experiencia deriva de nuevos resultados de aprendizaje. ¿Cómo puede la evaluación captar mejor lo que los estudiantes han aprendido? ¿La evaluación se llevará a cabo dentro del mundo 'virtual', en el mundo real, o de alguna otra manera (y de ser así, qué tan auténtica será tal evaluación)?
• ¿de qué manera se podría escalar el nuevo entorno inmersivo para permitir recuperar los costos?
• evaluación: ¿cuál es la mejor manera de evaluar el éxito o las limitaciones del diseño y aplicación del mundo inmersivo? ¿Cuál es la mejor manera de difundir el conocimiento y la experiencia adquirida?

Estos pueden parecer retos formidables, pero los beneficios potenciales podrían ser considerables.

8.7b.5 Las características únicas de las tecnologías inmersivas

El desarrollo de tecnologías totalmente inmersivas es tan reciente que es prematuro tratar de identificar todas las posibilidades educativas que son únicas para este medio. Se están explorando nuevas aplicaciones todo el tiempo. La mayor parte de la evidencia es cualitativa, basada en la experiencia personal de las personas de usar la tecnología. Actualmente se carece de evidencia empírica que valide las posibilidades educativas específicas de VR/AR en términos de mejores resultados de aprendizaje. Sin embargo, se puede identificar el potencial de VR/AR en términos de asistencia al aprendizaje.

En primer lugar, muchas de las posibilidades o características educativas de otros medios, y en particular el video, se aplicarán a VR y AR, pero muchas veces más intensamente, debido a la experiencia inmersiva.

Las aplicaciones de realidad virtual y aumentada pueden proporcionar a los estudiantes una comprensión profunda e intuitiva de fenómenos que de otra manera son difíciles si no imposibles de lograr de otras maneras. Esto permite a los estudiantes que a menudo luchan con la naturaleza abstracta de una asignatura académica comprender en términos más concretos qué significan o representan las abstracciones. Esta comprensión intuitiva es fundamental no solo para una comprensión más profunda sino también para los avances en investigación y aplicaciones de la ciencia.

Las aplicaciones educativas donde el costo de las formas alternativas o tradicionales de aprendizaje son demasiado caras o demasiado peligrosas, serán particularmente adecuadas para aplicaciones de realidad virtual. Los ejemplos pueden ser el manejo de emergencias, como apagar un reactor nuclear fuera de control, desactivar una bomba, o manejar un incendio en un petrolero, o explorar dentro de la estructura física de un cerebro humano. En particular, la VR sería apropiada para el aprendizaje en contextos donde los entornos reales no son de fácil acceso, o donde los alumnos necesitan hacer frente a emociones fuertes al tomar decisiones u operar bajo presión en tiempo real.

La AR, que a menudo es más fácil de diseñar e implementar, permite a los alumnos practicar aplicaciones del conocimiento en contextos semi-realistas.

No obstante, al momento de redactar este artículo apenas estamos empezando a comprender el potencial de este medio. Con el tiempo, las posibilidades educativas de este medio serán mucho más claras.

8.7b.6 Fortalezas y debilidades

La realidad virtual no es solo una moda que desaparecerá. Ya hay un gran número de aplicaciones comerciales, principalmente en entretenimiento y relaciones públicas, pero también cada vez más para áreas específicas de educación y formación. Ya hay mucho software excelente y listo para usar para crear entornos de realidad virtual, y el costo del hardware está bajando rápidamente (aunque los auriculares de buena calidad y otros equipos probablemente sigan siendo demasiado caros para que los requieran un gran número de estudiantes).

Los campos de aplicación de esta tecnología son ilimitados: capacitación en el uso de equipos complejos, simulación de procedimientos quirúrgicos, pruebas de diseño arquitectónico, reconstrucción de sitios en arqueología, visitas virtuales a museos, tratamiento del dolor y fobias, y muchas otras posibilidades.

Para que se puedan manejar los aspectos más emocionales de la toma de decisiones, la experiencia inmersiva necesita ser realista. Esto probablemente requerirá una producción mediática de alta calidad. Por lo tanto, es posible que a menudo sea necesario combinar la realidad virtual con diseño de simulación, producción de medios de calidad y computación poderosa para ser educacionalmente efectiva, lo que vuelve a aumentar el costo. Por estas razones, la medicina es un área particularmente probable para el desarrollo, donde los costos de capacitación tradicionales son realmente altos o donde la capacitación es difícil de proporcionar con pacientes reales.

Sin embargo, una vez más, las aplicaciones tenderán a ser muy específicas a las necesidades de un área temática en particular. Esto significa que los diseñadores deben incluir especialistas en la materia con un profundo conocimiento del campo que puedan combinar el poder de la tecnología con las necesidades de los alumnos en un contexto de aprendizaje particular. La realidad virtual en particular requiere instructores con imaginación y creatividad, trabajando con otros profesionales como productores de medios, aprendices mismos, así como especialistas en diseño de realidad virtual.

Lo que ha inhibido el uso educativo generalizado de desarrollos bidimensionales anteriores de RV como Second Life ha sido el alto costo y la dificultad de crear los gráficos y contextos para el aprendizaje. Por lo tanto, incluso si los costos de hardware y software para la realidad virtual son lo suficientemente bajos para el uso individual de los estudiantes, los altos costos de producción de crear contextos y escenarios educativos realistas probablemente inhiban su uso general.

También se necesita cierta precaución al asumir que las personas se comportarán igual en la vida real que en los entornos de realidad virtual. Gallup et al. (2019) encontraron una diferencia importante en la influencia de los factores sociales dentro del mundo real y los entornos virtuales: las señales sociales en la realidad real parecen dominar y sustituir a las de la realidad virtual. Uno de los autores, Alan Kingstone, concluyó:

“El uso de la realidad virtual para examinar cómo piensa y se comporta la gente en la vida real puede muy bien llevar a conclusiones que son fundamentalmente erróneas. Esto tiene profundas implicaciones para las personas que esperan usar la realidad virtual para hacer proyecciones precisas sobre comportamientos futuros. Por ejemplo, predecir cómo se comportarán los peatones al caminar entre autos sin conductor, o las decisiones que tomarán los pilotos en una situación de emergencia. Las experiencias en la realidad virtual pueden ser un pobre proxy para la vida real”.

Rolfsen, 2019

Esto significa que necesitamos más experimentación. Esta sigue siendo una tecnología relativamente nueva, y puede haber formas muy sencillas de utilizarla en la educación que no sean costosas y satisfagan necesidades que no se pueden satisfacer fácilmente en la enseñanza tradicional o con otra tecnología existente. Sin embargo, para que esto suceda, educadores, desarrolladores de software y productores de medios necesitan reunirse para jugar, experimentar, probar y evaluar.

Sin embargo, VR y AR son tecnologías emocionantes con el potencial de cambiar radicalmente los procesos de aprendizaje convencionales.

Referencias

Brandaõ, G. et al. (2018) La realidad virtual como herramienta para la enseñanza de la arquitectura en el diseño, la experiencia de usuario y la usabilidad: diseñando interacciones Las Vegas NV: Actas de la 7a Conferencia Internacional, DUXU 2018, realizada como parte de HCI International 2018,

Connolly, B. (2018) Cómo la realidad virtual está transformando el aprendizaje en la Universidad de Newcastle, CIO, 8 de marzo

Elmqadden, N. (2019) Realidad Aumentada y Realidad Virtual en la Educación: ¿Mito o Realidad? Revista Internacional de Tecnologías Emergentes en el Aprendizaje, Vol. 14, Núm. 3

Gallup, A. et al. (2019) El bostezo contagioso en la realidad virtual se ve afectado por la presencia social real, pero no simulada Naturaleza: Informes científicos, 22 de enero

O'Connor, M. et al. (2018) Muestreo de conformaciones moleculares y dinámicas en un marco de realidad virtual multiusuario, Science Advances, Vol. 4, No.6, 29 de junio

Rolfson, E. (2019) La gente piensa y se comporta de manera diferente en la realidad virtual que en la vida real Noticias UBC, 24 enero

Seidel, R. y Chatelier, P. (1997) ¿Realidad virtual, el futuro de la formación? : Perspectivas sobre la realidad virtual y las tecnologías emergentes relacionadas Berlín: Springer Science & Business Media

Actividad 8.7.b Uso y diseño de VR y AR

• Ve a YouTube y escribe Realidad Virtual en el cuadro de búsqueda (encontré alrededor de 20 ejemplos). ¿Alguno de estos videos sugiere una manera en la que se podría utilizar la VR en el área en la que estás enseñando (asumiendo que los recursos estaban disponibles)?
• ¿Cuáles son las ventajas de la realidad virtual sobre el video? ¿Qué puede hacer educacionalmente que sería más difícil hacer usando video?
• Su jefe de departamento acaba de regresar de una conferencia y ha visto una demostración de VR. Está muy emocionado y quiere que el departamento 'se convierta en el líder en el estado en el uso de la realidad virtual para la enseñanza'. ¿Qué preguntas le harías? (¡Asume que aún conservarás tu trabajo después!)

Haga clic en el podcast a continuación para conocer mis comentarios y mis opiniones personales sobre la realidad virtual para enseñar y aprender.

Un elemento de audio ha sido excluido de esta versión del texto. Puedes escucharlo en línea aquí: https://pressbooks.bccampus.ca/teachinginadigitalagev2/?p=1544