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El aprendizaje de los procesos geológicos a través de juegos de simulación en Internet: el proyecto OIKOS

Ángel Luis Cortés Gracia COD, Dpto. de Didáctica de las Ciencias Experimentales, Facultad de Educación

Begoña Martínez Peña TU, Dpto. de Didáctica de las Ciencias Experimentales, Facultad de Educación

José Miguel Calvo Hernández TEU, Dpto. de Didáctica de las Ciencias Experimentales, Facultad de Educación

Mª José Gil Quílez TU, Dpto. de Didáctica de las Ciencias Experimentales, Facultad de Educación

Síntesis: La enseñanza y aprendizaje de la geología requiere una importante aportación de diversos recursos textuales y gráficos que permitan al estudiante una adecuada comprensión de los procesos geológicos. Dentro del proyecto europeo OIKOS (www.e-oikos.net) se ha desarrollado una completa herramienta didáctica accesible a través de Internet. OIKOS proporciona un conjunto de contenidos sobre riesgos geológicos que incluyen vídeos y fotos; información sobre los mecanismos que explican esos fenómenos; estrategias de prevención y mitigación; y simulaciones de casos reales o creados por el usuario. Paralelamente, contiene un juego de simulación que representa una gestión de riesgos aplicado a un territorio.

Palabras clave Geología, Riesgos Geológicos, Gestión del Territorio, Internet, Juegos de Simulación.

INTRODUCCIÓN La progresiva introducción de las Tecnologías de la Información y la

Comunicación (TIC) en todos los niveles de nuestro sistema educativo es un hecho evidente y cada día se dedican más esfuerzos buscando una integración racional de las mismas en el proceso de enseñanza-aprendizaje de cualquier disciplina. El uso de las TIC permite al usuario, por un lado, plantear situaciones concretas y próximas a su realidad cotidiana. Por otro lado, ofrece la posibilidad de obtener un gran volumen de información sobre situaciones similares en otros puntos alejados o identificar y comparar situaciones muy distintas. Es decir, posibilitan relacionar lo local con lo global. No obstante, la mera utilización de las TIC no asegura una correcta construcción

II JORNADAS DE INNOVACIÓN DOCENTE, TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y DE LA COMUNICACIÓN E INVESTIGACIÓN EDUCATIVA EN LA UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA 2008

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de significados sobre los objetos y hechos del mundo que nos rodea. La comprensión de los mismos pasa por un correcto conocimiento de los diferentes elementos que componen el medio. Sólo si el alumno tiene un modelo coherente sobre las relaciones entre los distintos factores que se dan en una zona concreta, puede llegar a reflexionar y a poseer una opinión crítica ante cualquier actuación en la misma.

En el caso de la Geología, muchos de los procesos geológicos implican unas dimensiones espaciales y temporales que son difíciles de visualizar y/o comprender por parte de los estudiantes, que deben poseer una determinada capacidad de penetración visual en las estructuras geológicas (Kali y Orion, 1996). La introducción de las TIC en la educación ha permitido solucionar algunos de estos problemas. Piburn et al. (2005) indican que estas capacidades o competencias específicas pueden ser aprendidas o mejoradas mediante el uso durante la instrucción de herramientas informáticas basadas en pruebas de visualización y modelos de realidad virtual.

En este trabajo se presentan los resultados del proyecto europeo OIKOS (Originating Innovative methods to learn and teach Knowledge in the field of earth and natural sciences derived from an Original and combined use of applicative Software) que ha diseñado un marco de trabajo sobre el aprendizaje de los fenómenos geológicos construyendo una comunidad virtual en la que involucrar a profesionales de las ciencias, docentes y estudiantes. El resultado más evidente es una herramienta web (www.e-oikos.net) que contiene abundante información multimedia sobre riesgos geológicos y aprovecha el potencial de otras herramientas y fuentes de información vinculadas (Mashups) así como un juego de simulación on-line que permite aplicar los conocimientos adquiridos en los módulos de “contenidos científicos”.

¿QUÉ ES OIKOS?

El principal resultado del proyecto europeo anteriormente citado se plasma en el entorno educativo OIKOS, que consiste en una herramienta multimedia en formato web (www.e-oikos.net) diseñada y realizada por varios equipos de trabajo de distintos países europeos dentro del marco del programa Leonardo Da Vinci, financiado por la Unión Europea (figura 1).

Figura 1. Participantes en el proyecto europeo OIKOS y campos de trabajo

vinculados a cada uno.

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En el proyecto OIKOS han participado grupos de investigación, investigadores y profesionales de los siguientes centros:

- las universidades de Sannio (Italia) y Barcelona (España), IWCCE (Isle of Wight Centre for the Coastal Environment, Reino Unido), y las empresas de geología aplicada, URBATER (Francia) y STRAGO (Italia), como representantes de las Ciencias Básicas,

- las universidades de Zaragoza (España), Chipre (Chipre), Creta (Grecia), Bayreuth (Alemania), Leira (Portugal), Umea (Suecia) y Babes-Bolyai (Rumania), junto con ANINS (Associazione Nazionale Insegnanti di Natural Sciences, Italia) y ASE (The Association for Science Education, Reino Unido), como representantes de la Didáctica de las Ciencias,

- Morphosis Proposal and Technologies (Italia), especialistas en programación y diseño informático, como responsables del desarrollo tecnológico.

El propósito principal del proyecto era crear un conjunto de herramientas en el marco del e-learning (electronic learning): “un conjunto de métodos, tecnologías, aplicaciones y servicios orientados a facilitar el aprendizaje a distancia a través de Internet” (según Cornella, en Area Moreira, 2005). Este modelo de trabajo necesita la interacción de varios componentes como son: la entrega de contenidos en diferentes formatos, la administración del avance del aprendizaje y una comunidad de estudiantes, desarrolladores de contenido y expertos en educación (Machuca, 2001). En el proyecto OIKOS se han tenido en cuenta todos estos factores y se han desarrollado contenidos con un alto rigor científico (grupos de trabajo especializados en determinados fenómenos), analizados, puestos a prueba y considerados desde el punto de vista pedagógico (grupos de trabajo en Didáctica de las Ciencias y Asociaciones de Profesores) y presentados a través de Internet aplicando los avances más recientes en tecnologías multimedia y aprovechando otras herramientas externas (Mashups).

En cualquier caso, se parte de un supuesto, cada vez más extendido en la Didáctica de las Ciencias (Chang, 2003), como es que el aprendizaje asistido por ordenador guiado por el profesor (TDCAI: teacher directed computer assisted instruction) es más efectivo que el aprendizaje autónomo exclusivamente gestionado por el estudiante (SCCAI: student controlled computer assisted instruction). Por lo tanto, OIKOS está pensado más para unir en el proceso a profesores y estudiantes en busca de un aprendizaje más efectivo de los riesgos geológicos, si bien permitiendo cierta autogestión del alumnado, que para disponer simplemente de una herramienta de trabajo autónomo para el estudiante.

Estructura de la web OIKOS La herramienta web desarrollada en el proyecto OIKOS consta de dos zonas de

trabajo bien diferenciadas (figura 2): - módulos de contenidos diversos sobre cada uno de seis riesgos geológicos

considerados en el proyecto (terremotos, volcanes, inundaciones, deslizamientos de laderas, erosión de acantilados y evolución de playas),

- un juego didáctico de simulación en el que aparecen involucrados todos los riesgos citados, pero donde se considera la dimensión social, económica, etc. en la que tienen lugar estos fenómenos y los problemas de gestión del territorio que conllevan.

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Figura 2. Página inicial del entorno OIKOS a través de la que se puede acceder al

área de contenidos básicos o al juego de simulación.

Una vez dentro de cualquiera de los módulos de “contenidos científicos”, la web está estructurada para presentar la información de los mismos en cuatro dimensiones (figura 3):

Figura 3. Módulos de trabajo dentro de cada uno de los riesgos geológicos. - Impacto: muestra una serie de ejemplos (videos y/o fotos) relacionados con el

fenómeno. Estos ejemplos están localizados geográficamente y presentados sobre el soporte Google Maps, que permite acercarse con exactitud al entorno geográfico en el que sucedió el evento (figura 4). Una vez seleccionado un ejemplo concreto, OIKOS presenta un globo con una breve información sobre el mismo y enlaces a videos y fotos (por ejemplo, YouTube, medios de comunicación diversos, páginas institucionales, de grupos de investigación e incluso páginas personales con información relevante).

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Figura 4. Ejemplo de los contenidos presentes en Impacto. Pulsando sobre las

imágenes el usuario puede acceder a videos sobre el fenómeno.

- Mecanismo: presenta una animación relacionada con el riesgo geológico en cuestión, globos con información breve, enlaces internos que amplían esta información (documentos en formato PDF con texto y diversas imágenes) y enlaces externos a otras fuentes de información (por ejemplo, Wikipedia). El principal objetivo de este apartado es proporcionar información variada que permita comprender las causas de un determinado fenómeno (figura 5).

Figura 5. Contenidos presentes en Mecanismo. Cada botón de la animación es un

vínculo a un documento PDF con más información sobre el tema. - Mitigación: muestra las diferentes formas que tenemos de prevenir y/o mitigar

un determinado fenómeno geológico que entraña un riesgo social o económico. La estructura de la información es similar al apartado “Mecanismo”, aunque se introducen en este caso las estrategias diseñadas por el hombre para intentar mitigar los efectos (a veces catastróficos) de estos fenómenos.

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- Simulación: se trata de una herramienta que permite al usuario dos formas de conocer las consecuencias de un determinado fenómeno sobre una zona concreta:

a) Mediante una colección de simulaciones sobre casos reales preexistentes en la biblioteca de OIKOS. En este caso, ya se han introducido los parámetros que dieron lugar a ese evento concreto, aunque el usuario puede modificarlos y conocer qué pasaría si las circunstancias hubieran sido diferentes (por ejemplo, modificando la magnitud de un terremoto o la dinámica del oleaje en una costa).

b) Generando una simulación sobre una zona elegida por el usuario. En esta ocasión, es el usuario quien decide sobre qué área geográfica se va a simular el fenómeno y cuál es el valor de los parámetros que intervienen. El ejemplo presentado en la figura 6 muestra el efecto potencial de un terremoto de magnitud 6 en la escala de Ritchter, con epicentro en los alrededores de la Plaza del Pilar de Zaragoza, sobre un edificio de 10 plantas situado en el entorno del Meandro de Ranillas (sede de Expo2008). El usuario puede modificar los distintos parámetros (localización del epicentro, ubicación del edificio, tipo de edificio, magnitud, frecuencia de las ondas sísmicas, tipo de suelo) y conocer cómo influye cada uno de ellos.

Figura 6. Ejemplo de la simulación de un terremoto en la ciudad de Zaragoza. La otra área de trabajo de OIKOS es un juego de simulación sobre la gestión de

un territorio en el que se encuentran implicados diversos fenómenos geológicos que conllevan un riesgo para la población. Existe una modalidad estándar, con un escenario y unos parámetros predeterminados, y una versión avanzada, donde el usuario puede modificar los distintos elementos y factores que intervienen en el escenario del juego (figura 7). En su papel de responsable (alcalde o alcaldesa) de una ciudad imaginaria que hay que desarrollar, el usuario recibe un territorio y un presupuesto para construir, teniendo en cuenta la complejidad de la tarea en sí (aspectos sociales y económicos) y de los fenómenos que intervienen (aspectos naturales y técnicos). El objetivo del juego sería lograr desarrollar de forma racional un pueblo o ciudad, respetando el entorno y sin poner en peligro a la población y a las infraestructuras. El juego se desarrolla en tiempo real (acelerado) y los fenómenos se van sucediendo con la posibilidad de afectar a las infraestructuras ejecutadas y a las personas que habitan en la ciudad (aparecen diversos mensajes sobre los eventos y los posibles daños causados). Al cabo de una serie de años de mandato, valorando las acciones realizadas y el grado de satisfacción de la población (en el que intervienen diversos factores), el alcalde debe enfrentarse a una posible reelección. El propio programa niega la posibilidad de reelección si el usuario ha puesto en riesgo a la población de forma innecesaria (por ejemplo, no contemplando la edificación anti-sísmica junto a una falla activa conocida,

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construyendo al pie de un volcán activo o de una zona con posibilidad de deslizamientos, etc.).

Figura 7. Escenario del juego de simulación sobre el que se debe desarrollar

OIKOS CITY. En el ejemplo mostrado (modo avanzado) el usuario puede activar cada uno de los riesgos geológicos (o todos) y modificar los periodos de retorno de los mismos.

Otras herramientas ligadas al entorno OIKOS

Además de todo lo comentado anteriormente, OIKOS ha diseñado un sistema didáctico que incluye, entre otras herramientas, una biblioteca de recursos y ejemplos, un curso de aprendizaje on-line para profesores y un foro para el intercambio de ideas y propuestas desde el punto de vista científico, técnico y pedagógico.

Tanto en la sección “Impacto” como en las simulaciones de cualquier riesgo geológico, si el caso conocido por el usuario es lo suficientemente interesante desde el punto de vista didáctico y se poseen datos reales sobre los distintos parámetros que intervienen, es posible incorporarlo a la biblioteca de OIKOS. Así esta información puede ser compartida a través de Internet y utilizada como un caso real por profesores y estudiantes de otros centros e incluso otros países.

A través de la web de OIKOS (www.e-oikos.net) es posible conseguir y descargar diferentes guías: usuario (rápida y avanzada), juego de simulación, aprendizaje on-line y, más interesantes desde el punto de vista docente, una guía de utilidades educativas y una guía pedagógica con sugerencias de uso y ejemplos de actividades la enseñanza y aprendizaje de los distintos fenómenos geológicos.

APLICACIÓN DE OIKOS EN LA UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Después de algunas pruebas con la versión en lengua inglesa durante el curso

2006-2007, el entorno OIKOS ha sido utilizado por varios grupos de estudiantes de la Facultad de Educación durante el curso 2007-2008 dentro de la asignatura Didáctica de los aspectos biológicos y geológicos del medio. En este caso, no sólo se ha utilizado como una herramienta para aprender sobre riesgos geológicos, sino que se ha analizado su potencial didáctico en los distintos niveles educativos. En la tabla 1 se muestran los principales objetivos de la actividad y las tareas encomendadas a los estudiantes.

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1. Aprender a navegar por los distintos módulos temáticos (fenómenos / riesgos) que presenta el entorno OIKOS. 2. Conocer la estructura general de la herramienta web (impacto, mecanismo, mitigación y simulación) y el tipo de contenidos existentes en cada apartado (videos, imágenes, animaciones, textos, etc.)

Objetivos:

3. Ensayar una situación de ordenación del territorio y gestión de riesgos mediante el juego de simulación.

a. Selecciona uno de los fenómenos / riesgos sobre el que se centrará el informe a realizar. b. Elige uno de los videos o fotografías presentados en la sección impacto. Describe con tus propias palabras qué es lo que ha sucedido en ese caso concreto y trata de explicar por qué ha sucedido. c. Intenta describir y explicar el fenómeno seleccionado de manera que un niño/a de Primaria pudiera entenderlo. Haz un dibujo o una serie de dibujos que ayuden a entender tus descripciones y explicaciones. Para ello, tanto el lenguaje (textual y/o gráfico) como los conceptos utilizados deberían estar adaptados a ese nivel educativo. d. Selecciona un área supuestamente conocida para los niños a los que iría dirigida esta actividad y ensaya con el módulo de simulación una situación (lo más cercana posible a la realidad) en la que ese fenómeno afectara a la zona seleccionada. Puede ser tu pueblo, barrio, ciudad, región, etc., y evidentemente, para darle credibilidad intenta que los fenómenos puedan ocurrir en esa zona (por ejemplo, la erosión costera no tiene sentido fuera de las zonas con mar; las inundaciones necesitan un río, ...) e. Haz un resumen (incluyendo, si es posible, copias impresas o capturas de pantalla) de la actividad de simulación (indicando la zona seleccionada y los parámetros utilizados en la simulación).

Tareas encomendadas a los grupos de estudiantes:

f. Plantea una situación didáctica concreta (y realista) en la que se pudiera utilizar alguno de los módulos de OIKOS en una clase de Educación Primaria, teniendo en cuenta las limitaciones conceptuales y procedimentales de los estudiantes de ese nivel educativo. ¿Qué tipo de problemas o preguntas podrían aparecer en el aula tanto por parte del profesorado como por parte del alumnado?

Tabla 1. Objetivos y tareas propuestas durante la fase de aplicación de OIKOS en la Facultad de Educación (curso 2007-2008).

Hay que destacar que en algún caso, además de aprovechar los contenidos existentes en OIKOS, se han aportado varios videos sobre inundaciones (colgados anteriormente en YouTube) realizados por los propios estudiantes y que se incorporaron a la biblioteca de archivos de OIKOS. Estos casos reales y cercanos han sido empleados por estos estudiantes como elemento articulador de su trabajo en este entorno web, de manera que las simulaciones (figura 8) han intentado reproducir las condiciones que pudieron provocaron el fenómeno estudiado.

En todos los casos, los equipos de estudiantes se han centrado en un único fenómeno (riesgo) debido a las limitaciones temporales de la asignatura (4,5 créditos en el primer cuatrimestre del curso) y a los condicionantes que conlleva la ausencia de contenidos básicos de geología en la propia asignatura (así como en todo el plan de estudios de la titulación de maestro).

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Figura 8. Simulación de la crecida del río Sosa en Monzón realizada por

estudiantes de la Facultad de Educación (el evento real, con lluvias torrenciales e inundaciones se produjo el 16 de agosto de 2006, y fue presentado por los estudiantes aportando videos de la inundación).

Desde el punto de vista de la aplicación directa en las aulas de Educación Primaria (al menos en el último ciclo, 5º y 6º curso), que ha sido uno de los principales aspectos valorados por nuestros estudiantes, el apartado “Impacto”, que muestra el fenómeno y/o sus consecuencias, presenta importantes posibilidades didácticas. Es decir, no es necesario conocer cuáles son los mecanismos que originan los fenómenos geológicos para visualizar y entender las dimensiones espaciales y temporales de algunos de ellos. Los videos muestran, por ejemplo, grandes volúmenes de suelos y masas forestales deslizándose ladera abajo en pocos segundos; inundaciones que cubren calles, campos o edificaciones; edificios que tiemblan o se derrumban durante un terremoto, etc.

Algunas simulaciones simples también son susceptibles de ser trabajadas desde los primeros niveles educativos (y así lo manifiestan los maestros en formación). Por ejemplo, en la simulación de las inundaciones, los estudiantes pueden ver, sobre un mapa o imagen de satélite, cuál sería el área ocupada por las aguas al aumentar el nivel de un río (o curso de agua, permanente o no) un número determinado de metros. Se puede seleccionar un tramo de río conocido (ver el ejemplo de la figura 8) indicar el aumento de nivel y el programa colorea la superficie que potencialmente se inundaría en esas condiciones. CONSIDERACIONES FINALES

La puesta en funcionamiento de la metodología OIKOS supone un ambicioso proyecto en el que equipos de varios países europeos han estado trabajando en los últimos tres años. El resultado final es una herramienta en formato web, accesible de forma libre y gratuita a través de Internet, que presenta tanto contenidos conceptuales básicos sobre riesgos geológicos en formatos “estáticos” (textos, fotografías, esquemas), como en formatos “dinámicos” (mapas interactivos, videos, animaciones, simulaciones) que permiten la interacción con el usuario. Dentro del entorno OIKOS existe también un gran volumen de información accesible a través de vínculos externos a la propia web, donde el usuario puede continuar su aprendizaje en temas más específicos.

Es importante que este entorno se convierta finalmente en una herramienta real de aprendizaje, en la que los alumnos lleguen a construir significados bien fundamentados, que entiendan y visualicen los procesos geológicos, sus causas y sus consecuencias. Para ello es necesario analizar en profundidad la herramienta por parte del profesorado

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y valorar su aplicabilidad en cada caso concreto, así como el potencial aprendizaje efectivo del alumno. Es decir, que su uso no se convierta en la simple manipulación de un programa informático, más o menos entretenido, en el que se introducen parámetros sin un objetivo concreto y se obtienen unos resultados que luego no son analizados ni discutidos. De la misma manera, debemos evitar que se produzca un deslizamiento cognitivo en el que pasemos de tener un problema relacionado con aspectos del mundo natural a un problema relacionado con el mundo tecnológico (el uso de la herramienta en sí misma).

Las posibilidades del entorno OIKOS son muy diversas, si bien, buena parte de los “contenidos científicos” y algunas simulaciones complejas (incluyendo el juego de gestión de riesgos) constituirían una buena herramienta para el aprendizaje de los riesgos geológicos y para comprender la complejidad de los mismos a partir de los niveles educativos superiores (Bachillerato, Universidad). En cualquier caso, durante la experiencia llevada a cabo a lo largo de este curso, se pone de manifiesto que OIKOS es una herramienta didáctica útil que permite a los docentes disponer de una amplia gama de ejemplos, contenidos explicativos y simulaciones para abordar estos temas. Dependiendo de cuáles sean los objetivos de aprendizaje, el profesorado puede utilizar elementos aislados de OIKOS o programar el aprendizaje de un fenómeno concreto pasando por todos los módulos que propone la web: desde los videos de la sección “Impacto” (para conocer el fenómeno), pasando por los contenidos explicativos de “Mecanismo” y “Mitigación” (para comprender cuáles son sus causas y las formas de evitarlo o mitigarlo), y acabar aplicando lo aprendido anteriormente mediante la “Simulación” (para visualizar la relación entre los distintos parámetros relacionados y sus consecuencias).

El juego de simulación (gestión de un territorio imaginario) permite también poner en práctica lo aprendido en el apartado de contenidos básicos y añadir las dimensiones temporales, sociales, económicas, ambientales, etc. que implica cualquier toma de decisiones. No obstante, parece fundamental el papel del profesor como guía u orientador en el proceso de aprendizaje, fomentando la discusión previa y posterior a la acción del alumnado en el juego didáctico para que éste no se convierta en un instrumento de carácter lúdico o en una simple plataforma de actuación mediante pruebas de ensayo y error sin una reflexión sobre lo que sería necesario conocer antes de tomar decisiones.

Referencias bibliográficas Area Moreira, M. (2005), La educación en el laberinto tecnológico, Barcelona, Octaedro-EUB. Chang, C.Y. (2003), “Teaching earth sciences: should we implement teacher-directed or student-controlled CAI in secondary classroom?”, International Journal of Science Education, 25 (4), pp. 427-438. Kali, Y. y Orion, N. (1996), “Spatial abilities of high-school students and the perception of geologic structures”, Journal of Research in Science Teaching, 33 (4), pp. 369-391. Machuca, M. (2001), “¿E-learning es para usted?”, Revista NET@, México, Marzo de 2001. Piburn, M.D., Reynolds, S.J., McAuliffe, C., Leedy, D.E., Birk, J.P. y Johnson, J.K. (2005), “The role of visualization in learning from computer-based images”, International Journal of Science Education, 27 (5), pp. 513-527.