AMPLIACIN DE LA METODOLOGA SEMLI PARA APOYAR EL DESARROLLO DE PRODUCTOS JUEGAS (JUEGOS EDUCATIVOS GESTIONADOS CON AGENTES SOFTWARE)

TESIS DE MAESTRA INGENIERA DE SISTEMAS Y COMPUTACIN JUAN CARLOS GIRALDO CARDOZO

ASESORA: MG. PAOLA JOHANNA RODRGUEZ

UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA DE SISTEMAS Y COMPUTACIN

CALI, 29 DE JUNIO DE 2007

ResumenLas nuevas tendencias a nivel mundial en uso de Tecnologas de la Informacin y Comunicacin (TIC's) aplicadas en contextos educativos, plantean el desarrollo de Video Juegos Educativos, el uso de Tecnologas de Agentes, la Adaptacin al proceso de aprendizaje individual del usuario y el uso de tcnicas de trabajo colaborativo en los ambientes de aprendizaje. Estas tcnicas y estrategias permiten el desarrollo de las competencias requeridas para el siglo XXI, debido a su potencial para aplicar teoras de aprendizaje modernas. Con el propsito de cohesionar estas propuestas y facilitar el desarrollo de Juegos Educativos colaborativos adaptativos Gestionados con Agentes Software (JuEGAS) se propone la formulacin de una nueva metodologa que incorpore todos estos elementos.

AbstractThe new tendencies at world level in use of Technologies of the Information and Communication (TIC's) applied in educational contexts, the TIC's outline the development of Educational Video Games, the use of Technologies of Agents, the Adaptation to the process of the user's individual learning and the use of technical of collaborative work in the learning environment. These techniques and strategies allow the development of the competitions required for the XXI century, due to their potential to apply modern learning theories. This article proposes the formulation of a new methodology that gives cohesion to these proposals and this methodology facilitate the development of adaptive collaborative educational games using Software Agents (JuEGAS).

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ContenidoCaptulo 1 Presentacin _____________________________________________________ 71.1. Introduccin _______________________________________________________________ 7 1.2. Planteamiento del Problema __________________________________________________ 71.2.1. Formulacin del Problema _________________________________________________________ 8 1.2.2. Preguntas de Investigacin_________________________________________________________ 8

1.3. Justificacin_______________________________________________________________ 10 1.4. Objetivos _________________________________________________________________ 111.4.1. Objetivo General _______________________________________________________________ 11 1.4.2. Objetivos Especficos____________________________________________________________ 11

1.5. Resultados Esperados _______________________________________________________ 11 1.6. Alcances de la propuesta ____________________________________________________ 11 1.7. Resumen de Objetivos y Resultados ___________________________________________ 12

Captulo 2 Marco Terico ___________________________________________________ 132.1. Contexto Educativo_________________________________________________________ 13 2.2. Tecnologas de la Informacin y Comunicacin (TIC's) en Educacin _______________ 142.2.1. Trabajo Colaborativo ____________________________________________________________ 2.2.2. Software Educativo _____________________________________________________________ 2.2.3. Sistemas Hipermedia (SHM) ______________________________________________________ 2.2.4. Sistemas Tutores Inteligentes (STI) _________________________________________________ 2.2.5. Sistemas Hipermedia Adaptativos (SHA) ____________________________________________ 2.2.6. Sistemas Multiagente (SMA)______________________________________________________ 14 15 16 16 16 17

2.3. Video Juegos ______________________________________________________________ 182.3.1. Ambiente favorable para la investigacin en Video Juegos Educativos _____________________ 19 2.3.2. Identificacin de Tendencias ______________________________________________________ 19 2.3.3. Juegos Educativos colaborativos adaptativos Gestionados con Agentes Software JuEGAS ______ 20

2.4. SPEM 2.0 _________________________________________________________________ 20 2.5. Antecedentes ______________________________________________________________ 222.5.1. A nivel Internacional ____________________________________________________________ 22 2.5.2. A nivel Nacional _______________________________________________________________ 24 2.5.3. La metodologa SEMLI __________________________________________________________ 25

Captulo 3 Construccin y Especificacin de SECMALI __________________________ 273.1. Caracterizacin de JuEGAS _________________________________________________ 273.1.1. Desde lo Pedaggico ____________________________________________________________ 27 3.1.2. Desde lo Comunicacional ________________________________________________________ 28 3.1.3. Desde lo Computacional _________________________________________________________ 28

3.2. Aspectos Fundamentales para la Especificacin de SECMALI _____________________ 293.2.1. Identificacin de Actividades______________________________________________________ 30

3.3. Especificacin de la Metodologa SECMALI ____________________________________ 363.3.1. Subprocesos de SECMALI _______________________________________________________ 3.3.2. Actividades, Tareas y Artefactos ___________________________________________________ 3.3.3. Roles en SECMALI _____________________________________________________________ 3.3.4. Proceso de Entrega______________________________________________________________ 3.3.5. Fase de Inicio __________________________________________________________________ 36 38 38 40 40

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3.3.6. Fase de Elaboracin _____________________________________________________________ 48 3.3.7. Fase de Construccin ____________________________________________________________ 56 3.3.8. Fase de Transicin ______________________________________________________________ 61

Captulo 4 Prueba piloto de SECMALI ________________________________________ 644.1. Primera Versin del Prototipo________________________________________________ 64 4.2. Preparacin de la Prueba Piloto de SECMALI __________________________________ 664.2.1. Artefactos entregados para la prueba piloto___________________________________________ 67 4.2.2. Artefactos Creados con Base en la Primera Versin de SECMALI_________________________ 67

4.3. Artefactos Elaborados Durante la Prueba Piloto_________________________________ 684.3.1. Artefactos Elaborados por el Equipo de Educacin_____________________________________ 68 4.3.2. Artefactos Elaborados por el Equipo de Comunicacin Grfica ___________________________ 68 4.3.3. Artefactos Elaborados por el Equipo de Agentes_______________________________________ 69

Captulo 5 Evaluacin de la Metodologa_______________________________________ 705.1. Desde el Equipo de Educacin ________________________________________________ 70 5.2. Desde el Equipo de Comunicacin Grfica _____________________________________ 70 5.3. Desde el Grupo de Agentes___________________________________________________ 71 5.4. Asesor Experto ____________________________________________________________ 71

Captulo 6 Conclusiones ____________________________________________________ 726.1. Trabajos Futuros __________________________________________________________ 73

Captulo 7 Bibliografa _____________________________________________________ 74 Apndice A. _____________________________________________________________ 106A.1. A.2. Glosario ______________________________________________________________ 106 Abreviaciones _________________________________________________________ 107

Apndice B.B.1. B.2. B.3. B.4. B.5. B.6.

Pgina Web con la Especificacin de la Metodologa SECMALI ____ 108

Cmo Encontrar La Informacin Que Busca en SECMALI ___________________ 109 Pgina Inicial__________________________________________________________ 110 Pgina de Subprocesos __________________________________________________ 111 Pgina para cada Subproceso ____________________________________________ 111 Pgina para cada Rol ___________________________________________________ 113 Pgina para presentar El Ciclo de Vida, Las Fases, Las Iteraciones y las Actividad 114Seccin de identificacin General_____________________________________________ 114 Seccin de Informacin ____________________________________________________ 114

B.6.1. B.6.2.

B.7. B.8.

Pgina para cada Tarea _________________________________________________ 119 Pgina para cada Artefacto ______________________________________________ 120

Apndice C.C.1. C.2. C.3.

Evidencias de las actividades e Informacin Complementaria _______ 121

Artefactos del Prototipo JuEGAS Tribu ___________________________________ 121 Fotos _________________________________________________________________ 121 Video ________________________________________________________________ 121

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Lista de FigurasFigura 2.1 Tendencias en TIC's hacia Juegos Educativos _________________________________________ 15 Figura 2.2 Elementos Bsicos de SPEM 2.0, traducido de [OMG2007a] _____________________________ 20 Figura 2.3 El Ecosistema de EPF Composer, traducido de [Balduino2007] ___________________________ 22 Figura 2.4 Esquema general de la metodologa SEMLI ___________________________________________ 25 Figura 3.1 Contenido del Mtodo SECMALI en el Framework EPF Composer ________________________ 29 Figura 3.2 Procesos del Mtodo SECMALI en el Framework EPF Composer _________________________ 30 Figura 3.3 Actividades de la Metodologa SEMLI (a) y el diseo de Video Juegos (b) expresadas en SPEM 2.030 Figura 3.4 Metamodelo de Agentes para un JuEGAS_____________________________________________ 31 Figura 3.5 Metamodelo detallado de Agentes para un JuEGAS_____________________________________ 32 Figura 3.6 Arquitectura genrica de un JuEGAS ________________________________________________ 33 Figura 3.7 Actividades definidas para (a) Sistemas Tutores Inteligente y (b) Sistemas Multiagentes ________ 35 Figura 3.8 Esquema general de la metodologa SECMALI ________________________________________ 36 Figura 3.9 Subprocesos de la metodologa SECMALI ____________________________________________ 37 Figura 3.10 Roles de la metodologa SECMALI _________________________________________________ 38 Figura 3.11 Ciclo de Entrega de un producto JuEGAS ___________________________________________ 40 Figura 3.12 Fase de Inicio de la Metodologa SECMALI__________________________________________ 41 Figura 3.13 Fase de Elaboracin de la Metodologa SECMALI ____________________________________ 48 Figura 3.14 Fase de Construccin de la Metodologa SECMALI____________________________________ 57 Figura 3.3.15 Fase de Transicin de la Metodologa SECMALI ____________________________________ 61 Figura 4.1 Prototipo de JuEGAS Tribu Versin 0.5 ______________________________________________ 65 Figura 7.1 Pgina de Inicio de la Especificacin de la Metodologa SECMLI en Formato Web___________ 108 Figura 7.2 Pgina de Inicio de la Especificacin de la Metodologa SECMLI en Formato Web___________ 110 Figura 7.3 Pgina Web de presentacin de los subprocesos que componen la Metodologa SECMALI _____ 111 Figura 7.4 Pgina Web de presentacin de los subprocesos que componen la Metodologa SECMALI _____ 112 Figura 7.5 Pgina Web de presentacin del rol Experto de la Metodologa SECMALI__________________ 113 Figura 7.6 Pgina Web de la descripcin del Ciclo de Vida de SECMALI ___________________________ 115 Figura 7.7 Especificacin de la Actividad: Perfil Colaborativo y Ldico de la Metodologa SECMALI_____ 116 Figura 7.8 Pgina Web con la Especificacin de la Fase de Elaboracin de la Metodologa SECMALI ____ 117 Figura 7.9 Pgina Web con la Especificacin de la Fase de Elaboracin de la Metodologa SECMALI ____ 118 Figura 7.10 Pgina Web de presentacin de la tarea Anlisis de Necesidad Educativa _________________ 119 Figura 7.11 Pgina Web de presentacin del Artefacto Estrategias de Aprendizaje ____________________ 120

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Lista de CuadrosCuadro 1.1 Objetivos, Resultados, Alcance y Productos del Proyecto ________________________________ 12 Cuadro 3.1 Patrones y Objetivos de Fase de OpenUp/Basic tomado de [Balduino. 2006] ________________ 35 Cuadro 3.2 Objetivos de la fase de inicio y las actividades que procuran su cumplimiento _______________ 42 Cuadro 3.3 Actividades, Tareas, Roles y Artefactos de la Fase de Inicio _____________________________ 44 Cuadro 3.4 Objetivos de la fase de Elaboracin y las actividades que procuran________________________ 49 Cuadro 3.5 Actividades, Tareas, Roles y Artefactos de la Fase de Elaboracin, Parte I __________________ 51 Cuadro 3.6 Actividades, Tareas, Roles y Artefactos de la Fase de Elaboracin, Parte II _________________ 53 Cuadro 3.7 Objetivos de la fase de Construccin y las actividades que procuran su cumplimiento _________ 57 Cuadro 3.8 Actividades, Tareas, Roles y Artefactos de la Fase de Construccin, parte I _________________ 59 Cuadro 3.9 Actividades, Tareas, Roles y Artefactos de la Fase de Construccin, parte II_________________ 60 Cuadro 3.10 Objetivos de la fase de Transicin y las actividades que procuran su cumplimiento __________ 62 Cuadro 3.11 Actividades, Tareas, Roles y Artefactos de la Fase de Transicin_________________________ 62 Cuadro 4.1 Ventajas y Desventajas del uso de GAIA, INGENIAS y JADE en el desarrollo de la primera versin del prototipo de JuEGAS Tribu. _____________________________________________________________ 65 Cuadro 4.2 Equipo conformado para estudiar, aplicar y evaluar la metodologa SECMALI ______________ 66 Cuadro 4.3 Registro de Actividades en la Fundacin Universitaria Catlica Lumen Gemtium_____________ 69 Cuadro 4.4 Muestra de algunos Artefactos producidos durante la prueba piloto de SECMALI ____________ 69

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Captulo 1 Presentacin1.1. IntroduccinLas nuevas generaciones, necesitan desarrollar las competencias exigidas en el mbito laboral para este siglo, con herramientas que se adapten a sus condiciones de Nativos Digitales. El grupo AVI de la Universidad de Crdoba ha ideado una metodologa para el desarrollo de Software Educativo, Multimedia, Ldico e Interactivo (SEMLI). En el presente proyecto se presenta un avance en la cualificacin tcnica de esta propuesta, incorporando elementos de la ingeniera de software que complementan las cualidades pedaggicas, didcticas y mediticas. Se incluyen caractersticas de trabajo colaborativo y sistemas para adaptacin al proceso de aprendizaje del alumno. Para esto se adoptan procesos, mtodos y herramientas de la Ingeniera de Software Educativo, los Video Juegos, los Sistemas Tutores Inteligentes y los Sistemas Multi-Agente. Todo lo anterior articulado en una Metodologa para el desarrollo de Software Educativo Colaborativo Multimedia Adaptativo Ldico e Interactivo (Metodologa SECMALI). El producto final se expresa en el estndar de la OMG (Object Management Group), SPEM (Software Process Engineering Metamodel Specification) versin 2.0. En la seccin 2.1. de este documento se presenta el contexto educativo del proyecto. En la seccin 2.2. se presentan las Tecnologas de la Informacin y Comunicacin en el mbito educativo. En la seccin 2.3. se presentan las investigaciones realizadas entre 2000 y 2006 sobre los Video Juegos Educativos. Se hace la relacin de algunos proyectos de investigacin del mbito internacional en 2.5.1. y nacional en 2.5.2. En la seccin 2.5.3. se presenta la metodologa SEMLI y se hace nfasis en sus fortalezas. Seguidamente Se caracteriza el tipo de producto que se espera desarrollar con la metodologa es decir los Juegos Educativos Gestionados con Agentes Software (JuEGAS) en la seccin 3.1. Se presenta la metodologa SECMALI en el Captulo 3 . En el Captulo 4 se presenta una prueba piloto de la metodologa durante la elaboracin de un prototipo. Se presenta la evaluacin de la metodologa en el Captulo 5 y finalmente las conclusiones del presente proyecto en el Captulo 6

1.2. Planteamiento del ProblemaEstamos inmersos en el siglo de la educacin, de la racionalidad cientfico-tecnolgica y el de la sociedad del conocimiento. Esto implica educar para el cambio y la tolerancia, implica desarrollar la capacidad de resolver problemas y aprender a aprender [Buenda1998], lo que nos exige desarrollar en los estudiantes competencias cognitivas, como las lingsticas (interpretativa, argumentativa y propositiva) y otras ms como (Musical, Lgico Matemtica, Espacial, Cinestsico Corporal, Simblica y Personales [Gardner1999]). Adicionalmente se espera que Para el 2047 toda la informacin estar en la red [Seely-Brown and Duguid2002] lo que implica la necesidad de desarrollar competencias relacionadas con el tratamiento de la informacin, pensamiento crtico, trabajo en grupo, resolucin de problemas, etc. [Ellis et al.2006]. Nuestro sistema educativo se encuentra, en su gran mayora, centrado en un 7

proceso basado en la oralidad, en el mejor de los casos al estilo socrtico [Sacristan and Gmez1999] y en este contexto, resulta muy dudoso garantizar el desarrollo de estas competencias. Se ha planteado como una alternativa incorporar al aula de clase las Tecnologas de la Informacin y Comunicacin (TIC) [MinEducacin2005] y el aprendizaje colaborativo [Johnson, Johnon, and Holubec1999]. Se inici con el uso de software educativo, luego el desarrollo de Sistemas Hipermedias (SHM) [Zea, Atuesta, and Gonzlez2000]. Estos han evolucionado para brindar asistencia adaptada e inteligente a los estudiantes por medio de Sistemas Hipermedia Adaptativos (SHA) [Brusilovsky1999]. Ahora se propone usar agentes pedaggicos inteligentes, para proveer esta asistencia [Antonio and Troncoso2004]. Sin embargo la mayora de productos basados en TIC's para el aula de clase, son transcripciones a formato digital de las actividades que se realizan tradicionalmente en sta [Giraldo and Muoz2002]. Esto dificulta aprovechar las ventajas y las posibilidades de los lenguajes tecnolgicos. Adems condiciona los cdigos de comunicacin y las formas de expresin. En respuesta a esto, se ha propuesto usar juegos de computador en educacin [McFarlane, Sparrowhawk, and Heald2002]. Para mejores resultados se deben concebir los juegos como educativos [Morteo and Mariscal2000] y cuidar que los estudiantes no solo jueguen, sino que aprendan en el juego [Klawe1998]. Se propone entonces serious games, como juegos para aprender, dirigidos a adultos y en entornos empresariales [Rieber1996b], basados en investigaciones sobre video juegos [Schollmeyer2006], juegos educativos colaborativos [Martn and Martnez2005] y juegos multiplayer [Papargyris and Poulymenakou2003]. La informacin sobre juegos educativos colaborativos adaptativos est dispersa y en forma de comentarios y sugerencias [Squire2005], pero no hay informacin de cmo configurar todos estos elementos para su produccin. Por esto se requieren mtodos para el desarrollo de Juegos Educativos Colaborativos que se adapten al proceso de aprendizaje de los estudiantes. Para dar soporte al trabajo colaborativo, a la adaptacin al usuario y utilizar un lenguaje de modelado ms cercano a todos los miembros del equipo de trabajo se plantea utilizar la tecnologa de Agentes. En este proyecto se propone llamar a los productos que incorporan todas estas caractersticas: JuEGAS (Juegos Educativos colaborativos adaptativos Gestionados con Agentes Software).

1.2.1. Formulacin del ProblemaSe requiere ampliar la metodologa SEMLI para apoyar el desarrollo de juegos educativos colaborativos, enriquecindola con metodologas de la ingeniera de software, incorporando una faceta de gestin inteligente y completando los artefactos para facilitar la transicin al proceso de desarrollo.

1.2.2. Preguntas de Investigacin Cules son las caractersticas de los JuEGAS? (Se responde en la seccin 3.1. ) Qu elementos se deben incluir en la metodologa SEMLI, para lograr ambientes colaborativos y para lograr adaptacin al estudiante? (Se responde en la seccin 3.2.1. )6 6

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Cmo facilita SECMALI la transicin al desarrollo? (Se responde en el Captulo 5 )

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1.3. JustificacinLos logros alcanzados en el Grupo AVI con la metodologa SEMLI, construida durante el desarrollo de siete (7) proyectos 1, son elementos importantes, especialmente en los aspectos educativo y comunicativo. Estos deben ser aprovechados para continuar desarrollando la metodologa incorporando los elementos requeridos para estar acorde a los avances en Ingeniera de Software y las Ciencias Cognitivas. Esta experiencia demuestra, que los juegos educativos permiten generar ambientes flexibles, que facilitan formas de evaluacin, tanto del conocimiento, como del desarrollo de habilidades y competencias, sin presiones y en contextos ldicos; el software educativo, es la herramienta que puede incorporar con mayores facilidades las bondades de los nuevos medios (ms que los sistemas hipermedia o con apoyo de ellos), para generar experiencias altamente interactivas, con niveles de inmersin como los ofrecidos por los video juegos. Es claro que las competencias exigidas en el siglo XXI pueden ser desarrolladas con TIC's y que los Video Juegos empiezan a ser aceptados mundialmente como herramientas que pueden ayudar a desarrollar estas competencias en el mbito escolar. Grandes esfuerzos se empiezan a realizar en Estados Unidos y el Reino Unido por desarrollar investigaciones en esta lnea, lo que demuestra su vigencia en investigacin. Requerimos desarrollar Video Juegos Educativos, para evaluar su impacto y verdaderos alcances en educacin, para esto necesitamos de mtodos que orienten adecuadamente su desarrollo. En la Universidad de Crdoba, en el programa de Licenciatura en Informtica y Medios Audiovisuales de la Facultad de Educacin y Ciencias Humanas, se encuentran adelantando estudios un gran nmero de futuros profesionales que requieren de instrumentos adecuados para adelantar sus proyectos de grado, en particular en la lnea de desarrollo de Software Educativo que apoya el grupo AVI. Son ellos, con su formacin particularmente apropiada para abordar el desarrollo de proyectos de este tipo, los que impulsan principalmente esta investigacin. Es importante llevar a cabo esta investigacin porque, las estrategias que los investigadores sealan como ms eficaces en el proceso de desarrollo de competencias requeridas en el siglo XXI son: adaptacin al usuario, trabajo colaborativo, aprendizaje significativo, constructivismo y ambientes mediados con TIC's especialmente video Juegos multiplayer. Adems el aprender jugando es una demanda de los nios y jvenes, una estrategia vlida para los pedagogos y una expresin natural de las TIC's. Por lo tanto debemos hacer esfuerzos por crear materiales educativos con las caractersticas de un juego educativo colaborativo y la mejor manera de garantizar esto es darle herramientas adecuadas a los profesionales que se forman con las competencias requeridas para esta tarea.

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[Snchez et al. 2004]; [Martinez, Muoz, and Giraldo 2004]; [Barazarte et al. 2004]; [Acosta et al. 2004]; [Almanza et al. 2004]; [Gomez et al. 2004]; [Giraldo, Muoz, and Henao2004]. 10

1.4. Objetivos1.4.1. Objetivo GeneralAmpliar la metodologa SEMLI para apoyar el desarrollo de JuEGAS (Juegos Educativos colaborativos adaptativos Gestionados con Agentes Software).

1.4.2. Objetivos Especficos Caracterizar pedaggica, comunicacional y computacionalmente un JuEGAS. Realizar una seleccin crtica de los elementos de las diferentes metodologas relacionas con el desarrollo de JuEGAS, que permitan definir actividades y completar los artefactos para los flujos de trabajo de diseo e implementacin y que se articulen coherentemente con SEMLI. Desarrollar un prototipo de un JuEGAS, siguiendo la metodologa propuesta, con el propsito de evidenciar su utilidad. Realizar una prueba piloto de la metodologa desde tres perspectivas bsicas diferentes (educacin, diseo grfico y programacin), para medir el nivel de aceptacin de la misma en el diseo y desarrollo de este tipo de juegos por parte de estudiantes y expertos relacionados con el tema.

1.5. Resultados Esperados Caracterizacin de los juegos educativos, colaborativos, gestionados con agentes software JuEGAS. Especificacin de la metodologa para el desarrollo de Software Educativo, Colaborativo, Multimedia, Adaptativo, Ldico e Interactivo (SECMALI), Un prototipo de un JuEGAS, desarrollado usando la metodologa SECMALI, que pueda ser utilizado en la mayora de instituciones escolares que cuentan con aulas de informtica. Prueba piloto de la metodologa

1.6. Alcances de la propuesta Con respecto al ciclo de desarrollo de software, el presente proyecto pretende perfeccionar el proceso de diseo, tanto de interfaz como computacional (datos, arquitectura y despliegue), identificando tecnologas que faciliten el desarrollo y permitan una fcil transicin entre el diseo y el desarrollo. Dada la magnitud del proyecto se excluyen los aspectos relacionados con diseo y especificacin de pruebas software.

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Se incluir una faceta de gestin inteligente a la metodologa SEMLI, para dar soporte al modelado del alumno, no se incluir modelado del tutor ni de los contenidos. Se revisarn los artefactos de SEMLI y se propondrn los necesarios para completar las actividades de diseo. Se hace nfasis en el presente proyecto en juegos educativos tipo entorno, que involucran una historia y actividades ldicas que posibilitan el aprendizaje colaborativo. Es de especial inters para este proyecto el uso de Tecnologas de Agentes Inteligentes y por esto se estudiarn las tecnologas que sean compatibles con los Sistemas Multiagentes. La prueba piloto de la metodologa se centrar en la evaluacin de la facilidad de uso (elaboracin e interpretacin) de los artefactos, por parte de profesionales antes citados y que se involucran en el desarrollo de este tipo de software.

1.7. Resumen de Objetivos y ResultadosEn el cuadro 1.1 se presentan los objetivos planteados en el proyecto y para cada uno de ellos, el resultado esperado, el alcance y la seccin del documento donde puede encontrarse el producto final. Objetivo Resultado Esperado Alcance Producto Caracterizar los Caracterizacin de un Especificacin de Seccin productos producto JuEGAS. caractersticas. 3.1. JuEGAS. Definir Especificacin de la Centrado en el diseo Seccin actividades, metodologa SECMALI comunicacional y 3.3. artefactos y flujos computacional. Incluir faceta de trabajo de gestin inteligente. Se articulados con excluyen: pruebas, modelados SEMLI. del tutor y de contenidos. Desarrollar un Un prototipo de un Siguiendo la metodologa Captulo prototipo de un JuEGAS. propuesta 4 JuEGAS Realizar una Evaluacin de la facilidad Realizada por profesionales de Captulo prueba piloto de la de uso de los artefactos educacin, comunicacin 5 metodologa propuestos. grfica e ingeniera de sistemas.6 6

Cuadro 1.1 Objetivos, Resultados, Alcance y Productos del Proyecto

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Captulo 2 Marco TericoEl presente proyecto se enmarca el la lnea de investigacin de Ingeniera de Software Educativo, particularmente en el desarrollo de juegos de computador y video juegos. En este sentido el documento se refiere al concepto de juego como un producto de software. Los juegos educativos son entonces software educativo estructurado como video juego, en el sentido de los juegos de rol, micromundos ldicos interactivos, mundos virtuales, etc. El presente proyecto no se interesa por otro tipo de juegos de computador como rompecabezas, crucigramas, libros vivos, presentaciones multimedia, etc. Cuando se hace referencia a inteligencia en los juegos, el proyecto se restringe al modelado del usuario y la posibilidad de asistencia adaptada al estudiante o usuario a partir de este modelo. La estrategia de trabajo colaborativo se incluye dentro de la actividad ldica de forma natural, es decir que solo pueden completarse las actividades con la participacin significativa de otros. El concepto de interactividad se refiere a la capacidad que tienen los sistemas de brindar retroalimentacin inmediata al usuario de acuerdo a las acciones realizadas en el sistema. Cuando adems se agregan elementos que involucran emocionalmente al usuario, de tal manera que su inters implique en mayor medida el uso de los sentidos en la realizacin de las acciones, no solo fsicas, sino cognitivas del usuario, se le denomina alta interactividad o inmersin.

2.1. Contexto EducativoLa nueva generacin de estudiantes, denominada La generacin net, generacin digital o Nativos Digitales, tiene gran afinidad con la tecnologa [Tapscott1999]. Los medios de comunicacin como la radio, televisin, cine y video juegos alimentan e incentivan esta estrecha relacin [Gonzlez2003]. Pero el sistema educativo es lento al incorporar estas expresiones en el aula de clase para apoyar el proceso de aprendizaje. Se pueden encontrar proyectos que incorporan al aula de clase el video, la televisin, la fotografa, los sonovisos, entre otros. Pero los video juegos han sido habitualmente excluidos de estos ejercicios, desconociendo un poco las grandes posibilidades que tienen, no solo desde el punto de vista de la multimedia, sino del alto grado de interactividad que puede proveer a diversos niveles (fsico, cognitivo, afectivo, etc.) [Giraldo and Muoz2002]. La Federacin de Cientficos Americanos indica que los video juegos pueden formar a la futura fuerza laboral en el desarrollo de sus capacidades de pensamiento estratgico, anlisis interpretativo, solucin de problemas, formulacin y ejecucin de planes y la adaptacin rpido a los cambios [of American Scientists2006]. Adicionalmente en el Reino Unido agregan que los video juegos pueden aportar al desarrollo de la creatividad, el pensamiento

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lateral y la destreza tecnolgica [Ellis et al.2006]. Por su parte Galarneau y Zibit agregan, que los video juegos fomentan la colaboracin mediada con tecnologa [Galarneau and Zibit2006]. Todas estas son competencias requeridas por la fuerza laboral del Siglo XXI. El Ministerio de Educacin Nacional formul los estndares curriculares en trminos de competencias [MinEducacin2002], pero Vasco seala que en Colombia no sabemos cmo ensear para el desarrollo de competencias [Vasco2006]. Adicionalmente, si nuestro sistema educativo est centrado en la oralidad como se plantea en [Sacristan and Gmez1999], entonces es difcil garantizar el desarrollo de estas competencias tan afines con otras formas de relacionarse con la tecnologa, con los otros y con el conocimiento. Como alternativa de solucin los investigadores han planteado principalmente el uso de teoras y estrategias de aprendizaje contemporneas como aprendizaje significativo [Ausubel1976], trabajo colaborativo [Johnson, Johnon, and Holubec1999] [Vargas1998] y constructivismo [Gallego-Badillo1993] entre otras, como soporte para la incorporacin de Tecnologas de la Informacin y Comunicacin (TIC's) al aula de clase. Algunas de las alternativas ms destacadas se presentan en la seccin 2.2.6

2.2. Tecnologas de la Informacin y Comunicacin (TIC's) en EducacinExiste gran cantidad de propuestas para incorporar TIC's en educacin, el presente proyecto se interesa por aquellas relacionadas con los Juegos Educativos. Por esto se presenta a continuacin, de forma breve, las propuestas de mayor relacin con este tpico. La Figura 2.1 muestra las tecnologas que han influenciado el desarrollo TIC's en educacin, las tecnologas base son Inteligencia Artificial, Software Educativo, Internet con los sistemas hipermedia especialmente y los Juegos de Computador. Estas han dado lugar a el desarrollo de tecnologas que han tenido amplio desarrollo, como: Sistemas Tutores Inteligentes y los Sistemas Hipermedia Adaptativos, al igual que los Sistemas Multiagente y las estrategias Trabajo Colaborativo. Investigaciones recientes trabajan sobre el desarrollo de Juegos Educativos Adaptativos y Agentes Pedaggicos y todos los juegos de computador se esfuerzan por proveer mdulos para jugar en red, denominados juegos multiplayer, de esta forma configuran un conjunto de tecnologas contemporneas. En esta seccin se presentarn estas tendencias indicando los elementos que dara origen a los Juegos Educativos Colaborativos Adaptativos.6

2.2.1. Trabajo ColaborativoEs una estrategia de aprendizaje que fomenta en los estudiantes el desarrollo de habilidades de socializacin y trabajo en equipo [Johnson, Johnon, and Holubec1999]. Ha tomado fuerza a partir de la incursin de Internet en la sociedad por la posibilidad de utilizar las mediaciones tecnolgicas para estudiar y trabajar juntos por un propsito comn y con responsabilidades individuales bien definidas. Esta iniciativa ha generado un campo de investigacin conocido como aprendizaje colaborativo soportado por computador (Computer Supported Collaborative

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Learning - CSCL). Esta caracterstica ha controvertido la posicin de que las tecnologas enajenan e individualizan a las personas y ha presentado nuevas posibilidades de incorporacin de herramientas de comunicacin y trabajo en equipo en las empresas y la educacin. Aprovecha herramientas como los foros, los chats, los tableros de anuncios, las Wiki, los grupos de discusin, las pizarras de trabajo y otras herramientas para generar ambientes de aprendizaje en donde el trabajo en equipo es indispensable. Este cuerpo de conocimientos incluye trabajos en teora de la actividad, teora del discurso, cognicin distribuida, psicologa ecolgica, ethnometodologa, accin mediada, aprendizaje situado, teora sociocultural entre otras [Steinkuehler2004]. Esta caracterstica permite fomentar habilidades en los estudiantes como: reconocimiento de la responsabilidad personal e individual; participar en un grupo; coordinar un trabajo en grupo; comunicacin efectiva; habilidades sociales de comunicacin; comunicacin mediada con tecnologa; indagar mediante preguntas que lleven a una comprensin o un anlisis ms profundo; presentar y defender una idea; refutar ideas opuestas y rebatir ataques a las propias; sintetizar e integrar ideas; delegar responsabilidades y ejecutar tareas coordinadas y otras similares.

Figura 2.1 Tendencias en TIC's hacia Juegos Educativos

2.2.2. Software EducativoDefinidos como materiales educativos en software que brindan la posibilidad de retroalimentacin inmediata, con caractersticas Multimedia y alta interactividad [Galvis1991, Gros1997, Graells1998, Lage et al.2000, Giraldo and Muoz2002, Cataldi et al.2003]. En muchos casos son descontextualizados y en su gran mayora son la digitalizacin de los mtodos tradicionales, se rescatan propuestas que explotan la aleatoriedad y las caractersticas de los juegos de mesa.

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2.2.3. Sistemas Hipermedia (SHM)La Hipermedia se refiere a la posibilidad de utilizar multimedia en los sistemas de hipertexto, gracias al auge de Internet, la mayora de propuestas han derivado a sistemas hipermedia, que son redes estructuradas (o no) que vinculan informacin en diversos formatos y brindan acceso a voluntad del usuario a grandes cantidades de informacin [Zea, Atuesta, and Gonzlez1998, Zea, Atuesta, and Gonzlez2000]. En [Salas, Pea, and Bula2005, p. 23] se seala que estos sistemas pueden generar sobrecarga cognitiva, por la imposibilidad de diferenciar cul es la informacin importante, al igual que dificultades de comprensin por falta de preconceptos claros.

2.2.4. Sistemas Tutores Inteligentes (STI)Diseados para adaptarse al proceso de aprendizaje individual de cada estudiante, tiene la capacidad de planificar los contenidos y seleccionar material adecuado al proceso y estilo de aprendizaje particular de cada estudiante [Araujo and Belo2003]. Para lograrlo se utilizan modelos del docente, de los contenidos y del alumno, de los cuales este ltimo se ha definido como el ms crtico en el proceso de construccin de un STI. 2.2.4.1. Modelado del Alumno Es la caracterstica principal de los STI, est compuesto por una estructura dinmica que representa el conocimiento actual del estudiante y el sistema que lo manipula (diagnstico) [Gonzlez2004, Cataldi, Salguiero, and Lage2006]. En [Jameson1996, Russell and Norving2004] se presentan tres paradigmas para desarrollar este modelo: Las Redes Bayesianas que sigue la teora tradicional de la probabilidad, La Teora Dempster-Shafer de la evidencia, trata la diferencia entre la incertidumbre y la ignorancia, la informacin se estructura en hechos y reglas con factores de certeza asociados [Shafer and Tversky1985, Dempster1967, Shafer1976] y La Lgica Fuzzy que permite estimar grados de pertenencia a un conjunto y expresar posibilidades en una situacin con informacin incompleta; en [Milln2000] se agrega el sistema basado en reglas [Shortlife1976]. En [Giraldo2006a] se encuentra un anlisis detallado de los tres paradigmas y se concluye que el uso de las Redes Bayesianas es la mejor alternativa porque es la tcnica ms ampliamente utilizada, como se puede notar en [Jameson1996, Milln2000]; hay mltiples formas de implementar redes dinmicas para inferencia diagnstica y predictiva; en [Mislevy and Gitomer1995] se plantean formas de integrar la informacin a priori y en [Picard1995] se encuentra un estudio detallado de las posibilidades de modelar las emociones del usuario basndose en sensores especiales.

2.2.5. Sistemas Hipermedia Adaptativos (SHA)Es la confluencia de los SHM con caractersticas de los STI [Brusilovsky1999]. Estos sistemas proveen adaptacin y adaptabilidad, ayudando al usuario a encontrar ms rpido, o de forma

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ms cmoda, la informacin que realmente necesitan [Mrida2002, Brusilovsky2003], pero privilegian la transmisin de informacin y sus entornos de trabajo son poco inmersivos. En los SHA es comn el uso de tecnologa de agentes [Cataldi, Salguiero, and Lage2006].

2.2.6. Sistemas Multiagente (SMA)Son sistemas de software basados en unidades (agentes) que tienen las caractersticas de funcionamiento continuo y autnomo, comunicacin, robustez y adaptabilidad; adicionalmente pueden presentar razonamiento, aprendizaje o movilidad [Sycara1998, Mas2005]. Es una disciplina que aparece de la confluencia entre Inteligencia Artificial e Ingeniera de Software [Jrg Rech2004]. La activa investigacin en este campo ha implicado la formacin de una nueva disciplina llamada Ingeniera de Software Orientada a Agentes (AOSE) [Bernon, Cossentino, and Pavn2005a]. En AOSE se presentan diversas reas de investigacin, una de ellas es el anlisis y el diseo de agentes y de sistemas multiagente [Bernon, Cossentino, and Pavn2005a, Bernon, Cossentino, and Pavn2005b]. En esta rea las investigaciones se han centrado en idear metodologas para el desarrollo de SMA como GAIA [Wooldridge, Jennings, and Kinny2000, Wooldridge2002, Garro, Turci, and Huget2003], MaSE [DeLoach1999, DeLoach and Wood2000, DeLoach2006], MESSAGE [Leal and Rodriguez2001], ADELFE [Bernon et al.2003, Gleizes, Millan, and Picard2003], PASSI [Cossentino, Sabatucci, and Seidita2003, Chella et al.2006], INGENIAS [Gmez-Sanz2002, Pavn and GmezSanz2003], TROPOS [Giunchiglia, Mylopoulos, and Perini2002, Bresciani et al.2004] y PROMETHEUS [Padgham and Winikoff2002] entre otras. Estas iniciativas y otras ms son analizadas y constrastadas en [Gmez-Sanz2002, Wooldridge2002, Gmez-Sanz2003, Mas2005, Bernon, Cossentino, and Pavn2005b] . Debido a la cantidad de propuestas sobre metodologas para SMA, se han realizado esfuerzos para promover estndares. Sobre la representacin, hay avances a partir de estereotipos de UML como AUML [Odell, Parunak, and Bauer2000, Bauer, Mller, and Odell2001, da Silva, Choren, and de Lucena2004, Bauer and Odell2005] e iniciativas comerciales como AML [Cervenka and Trencansky2004]. Basados en los logros de AUML, se realiz un esfuerzo desde FIPA con el Methodology TC para identificar una meta-metodologa [Cossentino, Hopmans, and Odell2003] y continuando con este trabajo, Agentlink III se esforz en construir un metamodelo comn a las principales metodologas utilizadas en la comunidad de Europa para el desarrollo de agentes y sistemas multiagente [Cossentino, Bernon, and Pavn2005]. Muchos de estos esfuerzos se han intentado condensar en el roadmap de agentes de Agentlink [Luck et al.2005]. Una iniciativa reciente propone crear un sistema de traduccin entre metodologas utilizando una especificacin comn UML-AT [Fuentes, Gmez-Sanz, and Pavn2006]. De este estudio sobre las metodologas se puede sealar que Gaia, Ingenias y MaSE, presentan elementos susceptibles de ser integrados en un contexto de creacin de juegos educativos, pues Gaia e Ingenias estructuran sus componentes en funcin de agentes, grupos de agentes y sus interacciones, al igual que se hace con las historias que se crean para los video juegos, MaSE provee ya artefactos en UML ligados a estos conceptos de tal manera que facilita un dilogo entre los diseadores de la historia y los ingenieros, los cuales se pueden

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enriquecer con AUML y AML. En cuanto al proceso general, la metodologa Passi y su variante gil pueden hacer un aporte importante. El metamodelo aportado en el trabajo de AgentLink es un punto de partida til para mantener un marco conceptual cercano a la comunidad de desarrollo de SMA. La metodologa resultante puede expresarse utilizando los estndares de OMG, SPEM 2.0 [OMG2007a] y UMA (Unified Method Architecture), que se han integrado en el framework Eclipse EPF Composer. Este incluye una versin gil de RUP conocida como OpenUP/Basic sobre la cual se pueden definir nuevas metodologas que la amplen o la especialicen [Balduino2007]. En cuanto a lenguaje y plataformas para la implementacin de sistemas multiagente, se destacan JADE [Bellifemine et al.2003], ZEUS, JACK, AgentBuilder y Agent Factory. Para ver una revisin muy completa y actualizada de este tema se puede consultar [Bordini et al.2006] donde se clasifican en Lenguajes Declarativos, Imperativos, Hbridos, Entornos de Desarrollo integrados, Frameworks y Plataformas para el desarrollo de agentes. En este informe se presentan 13 lenguajes, 8 entornos de desarrollo integrado y 4 frameworks de desarrollo. Gracias a su origen en sistemas distribuidos hay un uso muy extendido en entornos de trabajo colaborativo [Antonio et al.2003], en sistemas adaptativos basados en web [Ardissono et al.2005], en aprendizaje multi-agente colaborativo [Panait and Luke2005] y en entornos de aprendizaje distribuido [Lin2005]. 2.2.6.1. Agentes Pedaggicos inteligentes El uso de Sistemas Multi-agente (SMA) para soportar la adaptacin en los sistemas de enseanza ha dado lugar a este concepto, tambin denominados como Agentes Pedaggicos Virtuales que pueden o no tener algoritmos basados en Tcnicas de Inteligencia Artificial [Maldonado et al.2002, Liu and Liu2004], algunos incluyen modelos de emociones [Elliott, Rickel, and Lester1999] y caractersticas antropomorfas [Antonio and Troncoso2004] para mejorar la efectividad de los sistemas de enseanza-aprendizaje, en [Araujo and Belo2003] se plantea que estos son la base de los STI del maana y en [Conati and Zhao2004] se reporta su uso en juegos educativos.

2.3. Video JuegosEn el presente proyecto se hace referencia a Video Juegos, como sinnimo de juegos de computador, Computer Games y Video Games; por abreviacin se utiliza el trmino Video Juegos o simplemente Juegos. Se entiende que estos Juegos incorporan las caractersticas esenciales de los video juegos modernos, como ser entornos inmersivos, altamente interactivos, que presenten retos alcanzables y de complejidad progresiva, con retroalimentacin inmediata y una historia que atrape. Los Juegos Multiplayer permiten a varios jugadores participar de forma interactiva y sncrona en el mismo juego, desempeando roles particulares de colaboracin o enfrentamiento con otros sobre el mismo escenario, normalmente se utilizan redes locales como soporte.

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2.3.1. Ambiente favorable para la investigacin en Video Juegos EducativosMuchas investigaciones recientes resaltan las posibilidades de usar video juegos en contextos educativos y la necesidad de investigar en el desarrollo de video juegos educativos. A continuacin se resumen agrupadas en las propuestas de Estados Unidos, del Reino Unido y de otros pases. En Estados Unidos se puede identificar el movimiento denominado Serious Games [Schollmeyer2006]. Este tiene como antecedente la visin sobre Video Juegos (VJ's) y el futuro del aprendizaje presentada en [Shaffer et al.2004], donde se resalta el potencial de los VJ's para cambiar el panorama de la educacin como lo conocemos. En [Kelly2005a] se propone apoyar este movimiento y promueve la organizacin del primer congreso sobre video juegos educativos [Kelly2005b]. El informe de este evento publicado en [of American Scientists2006] presentan recomendaciones, para el gobierno, las universidades, la empresa privada y los colegios, dirigidas a facilitar el desarrollo de video juegos educativos. Igualmente Plantea que estos permitirn el desarrollo de las competencias que las empresas requieren de su fuerza laboral en el siglo XXI. Finalmente Presenta esto como una necesidad imperiosa para mantener el liderazgo en tecnologa a nivel mundial. Este movimiento se fortalece con los informes de organizaciones como Horizon [Consortium2006] donde indica que en el 2008 esta lnea de investigacin ser prioritaria para la educacin superior en Estados Unidos. A nivel del Reino Unido, adems de los avances de FutureLab [Facer2003, Naismith et al.2004, Sandford and Williamson2005], en [Ellis et al.2006] se presenta una revisin de literatura sobre VJ's y sus potenciales educativos, indicando que en el futuro inmediato estas tecnologas impactarn el aula de clase. En la misma lnea en [Pittard2006] se presenta un review sobre penetracin de TIC's en educacin y se resalta el potencial de los VJ's en educacin. JISC prepar en 2006 un estudio que report en octubre en [de Freitas2006] donde seala que a pesar de los problemas que se presentan en la prctica los video juegos tienen un gran potencial en el entorno educativo y debemos seguir investigando en esta lnea. Otros proyectos que mencionan temas relacionados son: en el contexto de las matemticas [Klawe1998, Morteo and Mariscal2000]. Sobre avances en tecnologa de agentes [Panait and Luke2005] y sobre aprendizaje basado en computador [Facer2003, Sandford and Williamson2005]

2.3.2. Identificacin de TendenciasLa revisin de literatura realizada para el presente proyecto nos permite identificar que hay 1) Esfuerzo por conceptuar los Juegos Multiplayer Educativos [McGrenere1996], los Juegos educativos colaborativos [Galvis1998], los Juegos multiplayer [Mendoza and Galvis1998, Zagal, Nussbaum, and Rosas2000, Papargyris and Poulymenakou2003, Martn and Martnez2005] y los Juegos Multiplayer Masivos en Lnea [Steinkuehler2004, Galarneau and Zibit2006]. 2) Se han Identificado Fuertes Tendencias hacia Asistencia Adaptada [Conati2002, Katsionis and Virvou2004], serious games [Rieber1996b, Squire2005] y el uso de Tecnologa de Agentes [Adamatti et al.2005, Panait and Luke2005]. 3) Listados de

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Requerimientos sobre los que deben ser los Juegos Educativos [Schollmeyer2006] y los Juegos colaborativos [Lin2005, Galarneau and Zibit2006]. 4) Un Ambiente Propicio para abordar proyectos de investigacin de este tipo en pases como Estados Unidos [of American Scientists2006] y el Reino Unido [Ellis et al.2006]. Los resultados de los procesos de investigacin en TIC's (1) a (4) muestran una tendencia a confluir en el desarrollo de Juegos Educativos colaborativos adaptativos Gestionados con Agentes Software que en el presente proyecto denominamos JuEGAS.

2.3.3. Juegos Educativos colaborativos adaptativos Gestionados con Agentes Software JuEGASEste proyecto es una intencin de no basar las esperanzas en que los video juegos sean educativos, sino tomar medidas que permitan construir propuestas pedaggicas que aprovechen las posibilidades de los video juegos, es decir producir video juegos con una clara intencin pedaggica y que aprovechen las teoras modernas de aprendizaje para generar ambientes de aprendizaje colaborativos y adaptados a las necesidades de cada estudiante en su proceso de aprendizaje particular, gestionados con tecnologa de agentes para aprovechar los ltimos desarrollos tecnolgicos para ambientes distribuidos, con alta compatibilidad con Internet, con soporte para inteligencia artificial y mecanismos de comunicacin y portabilidad y que en un futuro permitan migrarse a otras tecnologas como los dispositivos mviles.

2.4. SPEM 2.0Con el propsito de aprovechar los desarrollos en el rea de Ingeniera de Software, la metodologa se especifica siguiendo el estndar Software & Systems Process Engineering Meta-Model, versin 2.0 (SPEM 2.0) del Object Management Group (OMG) [OMG2007a]. Este introduce un vocabulario estndar para referirse a todos los elementos requeridos en la especificacin de procesos de sistemas y de software que se ha denominado Unified Method Architecture. Adicionalmente plantea un esquema que facilita la reutilizacin de fragmentos de metodologas en la especificacin de nuevas metodologas, para esto divide la especificacin de una metodologa en dos componentes como se muestra en la Figura 2.2.

Figura 2.2 Elementos Bsicos de SPEM 2.0, traducido de [OMG2007a]

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Los Contenidos del Mtodo se refieren a la especificacin de cada uno de los elementos del mtodo, como: los productos de trabajo, los roles, las tareas y las categoras. Los Productos de Trabajo son los documentos resultantes del desarrollo de cada una de las tareas propuestas en el proceso, estos pueden ser un artefacto, un producto final o un resultado. Los roles son la forma de identificar las caractersticas, comportamientos y responsabilidades de los individuos o al grupo de personas que deben llevar a cabo una tarea y que son responsables de desarrollar determinado artefacto. Las tareas son las unidades bsicas del proceso y corresponden a la elaboracin de un artefacto por parte de quien desempea un rol en particular. Las categoras son elementos que permiten agrupar bajo un criterio un grupo de elementos de contenido y darles un nombre, por ejemplo Disciplinas, Dominios, Herramientas, etc. Los procesos se refieren al uso que se da a los elementos definidos en el contenido de los mtodos para construir un proceso de entrega en particular. Los procesos de entrega se dividen en fases, para determinar el cumplimiento de una Fase se define un Hito que permite evaluar la posibilidad de pasar a la siguiente Fase. Cada fase define las actividades que se realizan durante ella. Las actividades son agrupaciones de tareas que se organizan para el cumplimiento de un objetivo intermedio dentro del proceso de software. Para definir las actividades se hace uso de las tareas, los roles y los productos de trabajo. Las guas se refieren a la documentacin de todos los elementos anteriores tanto de contenido como de proceso, en forma de tutoriales, definiciones, explicaciones, reportes tcnicos, etc. que ayuden al usuario de la metodologa a entender los elementos que la componen y su uso. IBM ha cedido a la comunidad bajo una licencia de Eclipse, el Eclipse Process Framework Composer (EPF Composer), esta herramienta permite construir la especificacin de una metodologa usando el estndar SPEM 2.0, reutilizar fragmentos de otras metodologas construidas en EPF Composer y publicar el resultado en un formato Web [Haumer2006a, Haumer2006b]. Adicionalmente IBM aport un pluging para EPF Composer denominado OpenUp/Basic [Balduino2007], el cual es una versin gil de UP, mnima, completa y extensible para definir el ciclo de vida del proceso de software que actualmente se construye con participacin de la comunidad (Versin 0.9 al 13 de junio de 2007). En la Figura 2.3 se muestra una vista modular del ecosistema de EPF. Su base es el desarrollo de fuente abierta, para esto utiliza las tecnologas de Eclipse y utiliza su arquitectura base para desarrollar el framework de EPF. La siguiente capa representa la adopcin de un lenguaje y vocabulario comn, por medio del metamodelo, Arquitectura de Mtodo Unificado de IBM (UMA), el cual especifica toda la terminologa utilizada en la especificacin de los mtodos. La tercera capa consiste en la herramienta de autora y publicacin, la cual aprovecha las posibilidades de Eclipse para configurar un framework extensible, personalizable y flexible. Para lo cual soporta la adicin de herramientas en forma de extensiones. Este framework es el que permite la funcin de autora para definir los mtodos, tanto sus contenidos como la utilizacin de estos contenidos en la definicin de los procesos. Al igual que la funcin de

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publicacin que permite definir una configuracin de contenidos y procesos, para ser publicada en formato Web.

Figura 2.3 El Ecosistema de EPF Composer, traducido de [Balduino2007]

Sobre este entorno se pueden agregar todos los plug-ing de mtodos que sean necesarios, como extensiones para la administracin del proyecto de las operaciones o del sistema. Procesos giles como Open/UP, XP, DSDM, Scrum, AMDD. Plug-ings propios, comerciales o gratuitos. Hasta entornos consolidados de metodologas giles.

2.5. Antecedentes2.5.1. A nivel InternacionalNo se ha encontrado ningn referente que presente una metodologa que integre todos los elementos de un JuEGAS. Existen trabajos y revisiones de literatura que fueron referenciados en el marco terico que hacen un listado de recomendaciones para los diseadores de video juegos educativos, que no sern mencionados en este apartado. Por esto se tiene en cuenta en esta seccin algunos trabajos que hacen referencia a elementos parciales de un JuEGAS, como metodologas para Video Juegos, para Juegos Multiplayer, para Software Educativo, para juegos basados en Agentes, etc. En [Navas2004] se describen brevemente seis metodologas para el desarrollo de materiales educativos multimedia. Algunos trabajos sobre entornos virtuales pueden aportar algunas ideas, como en [Gonzalo Mndez2001] que se basa en UML y patrones, hace nfasis en la construccin de la interfaz y aporta la idea de concepto de uso para describir el propsito de una accin, su funcionamiento y el momento en que se debe realizar. Seala los aspectos de las normas ISO 12207 y IEEE 1074 que deben tenerse en cuenta cuando se disea un entorno virtual. En [Amory2001] se relatan los pormenores de la creacin de un juego educativo de aventura del que se destaca el modelo de objeto del juego (GOM).

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Sobre diseo y desarrollo de video juegos (VJ's) en [III2001, Bethke2003] se presentan metodologas basadas en RUP para el diseo de video juegos; en Francia [Gal et al.2003] se discute cmo se debe escribir para VJ's; en Reino Unido [Taylor, Gresty, and Baskett2006] se indica la falta de formalidad en las metodologas para el desarrollo de VJ's y se propone una forma de utilizar UML para indicar el flujo de acciones que puede realizar el usuario en una escena en particular del VJ. Sobre el diseo y desarrollo de Video Juegos Multiplayer (VJM's) tenemos en Chile [Zagal, Nussbaum, and Rosas2000] un modelo para soportar el diseo de VJ's y en Mxico [Rivera, LpezMorteo, and Lpez2003] uno especialmente pensado para juegos matemticos. Sobre juegos adaptativos, en Nueva Zelanda [Spronck2005] se presenta un modelo para implementar una adaptacin confiable al usuario en juegos y en Canad, Cistina Conati ha participado en varios proyectos que han investigado las diferentes caractersticas del modelado del alumno para juegos adaptativos en [Conati, Gertner, and Vanlhen2002] con redes bayesianas, en [Conati and Klawe2000] modelando la inteligencia social, en [Conati2002] los aspectos emocionales, en [Conati and Carenini2001, Conati and Zhou2002] se modela el entendimiento de pasos en la solucin de una tarea, en [Conati and Zhao2004] se construye y evala un agente pedaggico, en [Manske and Conati2005] se modela el aprendizaje en un juego educativo. De Bra en [Bra et al.2002, Bra et al.2003] presenta una arquitectura para hipermedia adaptativa en funcin del contenido y la navegacin. En [Carro et al.2002b, Carro et al.2002a] se plantea una metodologa para el desarrollo de juegos educativos adaptativos, esta adaptacin es basada en contenidos y se proponen metadatos para las actividades y una forma de componer automticamente estas actividades en funcin del usuario actual del juego. Sobre aprendizaje colaborativo gran parte de las propuestas estn orientadas a la Web, en [Gaudioso et al.2003] se encuentra una propuesta para modelar una tarea colaborativa basndose en Logical Framework Approach y en [Santos and Boticario2004] extienden su propuesta incluyendo tcnicas de modelado del usuario, ambas propuestas se basan en los aportes al modelado del usuario en entornos adaptativos de aprendizaje y colaboracin introducidos en [Vzquez2002]. En [Costaguta2006] se asegura que el uso de agentes acrecienta las ventajas de los sistemas colaborativos al poderse adaptar a las necesidades de los usuarios y marca la direccin de futuros desarrollos; estas afirmaciones se basan en la revisin de 14 aplicaciones desarrolladas con estas caractersticas. Sobre metodologas basadas en SMA, en [Sterling and Juan2005] se presenta brevemente una metodologa para disear sistemas adaptativos inteligentes basados en agentes, habla de protocolos en el sentido de planes y tareas, indicando que estos y los roles pueden facilitar la adaptacin si se prev poder cambiarlos dinmicamente con interfaces dinmicas y con la utilizacin de lenguajes de conocimiento de alto nivel. En [Fortino et al.2006] se presenta un modelo para el desarrollo de sistemas multiagente conducido por simulacin a partir de la metodologa PASSI. En [Antonio et al.2003] se presenta una arquitectura de SMA basada en la arquitectura bsica de un STI, con el propsito de desarrollar entornos de aprendizaje virtuales inteligentes, que puede ser un buen punto de partida para definir la arquitectura de JuEGAS.

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Sobre Juegos basados en sistemas multiagente en Brasil se presenta el proyecto [Adamatti et al.2005] donde se plantea la metodologa GMABS (Juegos y Simulacin Basada en MultiAgentes) que se explica superficialmente. Sobre Juegos Adaptativos Colaborativos en Espaa [Martn and Martnez2005] se presenta una propuesta para el diseo de este tipo de juegos de manera formal, pero es ms limitada que algunas metodologas de agentes presentadas en el marco terico. En [Maragos and Grigoriadou2005] se presenta una arquitectura muy general de juegos educativos inteligentes que utiliza agentes y una corta resea de TALENT, una aplicacin en la cual se intent poner en prctica las ideas planteadas. En [Lent et al.1999] se ilustra cmo puede incorporarse la tecnologa de agentes a los juegos de computador, aprovechando la mquina de inferencia SOAR y una interfaz personalizada para cada juego que permita la comunicacin entre SOAR y el Juego. En [de Haan, Hesselink, and de Lavalette2004] se puede consultar un ejemplo de cmo modelar un juego de interaccin social con formalismos matemticos, presentado a manera de framework multiagente abstracto. El trabajo ms cercano a una metodologa para el desarrollo de JuEGAS, es una investigacin sobre el acercamiento de la industria al desarrollo de Video Juegos Educativos que se presenta en [Squire2005], donde luego de entrevistar 16 empresas, hace un estudio de caso detallado de tres compaas representativas de esta inclinacin al desarrollo de aprendizaje basado en juegos, presentando as el modelo emergente de e-Learning basado en juegos. Identifica de esta manera cmo los modelos de diseo deben cambiar y qu implicaciones puede tener esto, al plantear cmo debe ser concebido el diseo de un video juego desde el enfoque instruccional.

2.5.2. A nivel NacionalEl mismo escenario internacional se presenta a nivel nacional, no se encontr ningn proyecto sobre mtodos para el diseo y desarrollo de JuEGAS, pero con ms escasos proyectos enfocados a temas relacionados. A continuacin se presentan aquellos que ms se destacan. Ingeniera de Software Educativo [Galvis1991], presenta una metodologa basada en el modelo de cascada y programacin estructurada, hace un gran aporte al anlisis de necesidad educativa que se mantiene vigente y en [Castro, Galvis, and Marino1998] se actualiza para incorporar tcnicas orientadas a objetos. En [Maldonado et al.1999] se presentan resultados sobre investigaciones en metacognicin y razonamiento espacial en juegos de computador, donde examina cmo los alumnos resuelven los problemas que se plantean en los juegos y en el proceso determinar cmo aprenden por s mismos y cmo reflexionan sobre su propio aprendizaje. En la Universidad Nacional sede Medelln se propone una metodologa para la construccin de modelos de simulacin basados en sistemas multiagente [Moreno, Velsquez, and Carranza2006], sus integrantes participaron en el proyecto ALLEGRO de Brasil [Ovalle and Jimnez2005, Viccari, Builes, and Carranza2005]. Hay otros proyectos orientados a hypermedia que ofrecen ideas sobre metodologas multimedia e hipermedia como [Valencia1998] y con trabajo colaborativo como Conexiones [Zea, Atuesta, and Gonzlez2000]. Sobre el desarrollo de Juegos de estrategia en 3D, Independencia [Muoz, Rivera, and Cobos2005] de la universidad del Cauca, presenta el desarrollo de un motor para video juegos en 3D basado en Direct X. En la Universidad del

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Quindo el grupo Gedes ha desarrollado Juegos Educativos de matemticas por 10 aos, pero no se encuentran publicaciones relacionadas con las metodologas empleadas. En la Universidad de Crdoba Grupo AVI: Arte Virtual Interactivo ha desarrollado la metodologa SEMLI: Software Educativo Multimedia Ldico Interactivo, que por sus caractersticas y mi participacin en su desarrollo se convertir en eje fundamental del presente proyecto, en la siguiente seccin se resumen sus principales caractersticas.

2.5.3. La metodologa SEMLISEMLI es una metodologa propuesta en [Giraldo, Muoz, and Henao2004] para facilitar, a los estudiantes de la licenciatura en informtica y medios audiovisuales 2, el desarrollo de proyectos de investigacin en la lnea de software educativo. Recoge elementos de la pedagoga y los medios audiovisuales. Gua en el diseo de una estrategia educativa para los contextos escolares y proponer soluciones apoyadas con software educativo.

Figura 2.4 Esquema general de la metodologa SEMLI

Durante el trabajo desarrollado entre el 2000 y el 2004 se sistematizan las experiencias en desarrollo de software educativo 3 y se propone un mtodo basado en referentes como [Galvis1991, Graells1998, Gros1997]. Incorporando etapas del proceso de desarrollo de software clsicas (anlisis, diseo, desarrollo, prueba piloto y prueba de campo) que determinaron un marco general de los proyectos, luego se hizo nfasis en el anlisis de necesidad educativa (ANE) planteada en [Galvis1991] y se complement con estudios sobre pedagoga [Gallego-Badillo1992], los modelos pedaggicos [Ochoa1998], el desarrollo humano [Buenda1998] y teoras de aprendizaje [Sacristan and Gmez1999]. A partir de estos elementos se formul el marco pedaggico (MP) en el cual se deben basar los proyectos, se

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Facultad de Educacin y Ciencias Humanas de la Universidad de Crdoba Desarrollo de siete productos de software educativos por parte del grupo de investigacin AVI: Arte Virtual Interactivo del Departamento de Informtica Educativa de la Universidad de Crdoba

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definieron facetas del mtodo que corresponden a estos referentes, que se denominaron, Estrategia de Enseanza (EE) y Estrategia de aprendizaje (EA) (ver Figura 2.4). Del rea de medios audiovisuales se apropiaron los mtodos para el desarrollo de materiales audiovisuales, es as como a partir de la informacin planteada en el MP, el ANE y las EE y EA, se debe construir una historia articuladora de las estrategias, que se convierte en la trama del software, para esto se utiliza un instrumento (artefacto) especial que facilite esta integracin, que concreta el diseo significativo y ldico (DSL). Teniendo claras las estrategias y el DSL, se determina la forma como se plasmar en una propuesta multimedia, usando los artefactos adecuados para esta tarea se construye el diseo multimedia e interactivo (DMI), que se encarga de detallar todos los elementos multimedia y aspectos de interaccin del software educativo. La metodologa SEMLI presenta grandes ventajas en cuanto a la coherencia de las facetas que plantea, una buena base pedaggica que exige una claridad sobre los objetivos que se persiguen con estos entornos de aprendizaje, el papel que desempear el software, su funcin didctica, y las caractersticas del ambiente de aprendizaje que propicia, al igual que un fundamento terico en las teoras de aprendizaje contemporneas, logrando vincular estos elementos con las posibilidades que brinda la multimedia, aprovechando las experiencias del anlisis y los mtodos de produccin de los medios audiovisuales, para configurar de esta manera un excelente mtodo de diseo de software educativo, en los aspectos pedaggico y comunicativos.

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Captulo 3 Construccin y Especificacin de SECMALI3.1. Caracterizacin de JuEGASEn esta seccin se da respuesta a la pregunta Cules son las caractersticas de los JuEGAS?, formulada en la sistematizacin del problema en la seccin 1.2.2. Los Juegos Educativos colaborativos adaptativos Gestionados con Agentes Software (JuEGAS), son un tipo particular de producto educativo que aprovecha las ventajas que brinda la multimedia y se basa en el juego como formato de presentacin. Aprovecha la tecnologa de agentes para brindar adaptacin al proceso de aprendizaje del usuario y brindar una plataforma para el desarrollo de actividades de tipo colaborativo. Con el propsito de caracterizar los JuEGAS con mayor precisin, delimitaremos el alcance de cada uno de los calificativos que se utilizan para nombrarlo en el contexto de un anlisis desde lo pedaggico, lo comunicacional y lo computacional.

3.1.1. Desde lo PedaggicoDecir que los JuEGAS son Educativos, se refiere a que estos proyectos tienen un marco pedaggico claro que puede representarse como un modelo pedaggico. Acorde con este marco pedaggico, se han definido estrategias de enseanza y aprendizaje que sustentan el desarrollo de la historia y los retos presentados. Gracias a que el computador es el medio y la multimedia el lenguaje, se logra que la historia, el tratamiento de los contenidos y el diseo de la interfaz confluyan de manera coherente haciendo el juego altamente significativo para los usuarios.[Giraldo, Muoz, and Henao2004]. En primera instancia son propuestas instruccionales, que permiten generar ambientes de aprendizaje con caractersticas constructivistas o si se prefiere construccionistas [Rieber1996b, Kafai2001]. Con esto se soporta parte de las tres caractersticas principales del aprendizaje auto-regulado [Rieber1996b]. Decir que los JuEGAS son Colaborativos: Se refiere a que varios jugadores deban colaborar entre s para cumplir con los retos que se propone en el juego. En este sentido el diseo del juego debe prever posibilidades de comunicacin y de trabajo en grupo entre los jugadores. Esto fomenta en los jugadores el desarrollo de habilidades de socializacin mediadas con tecnologa [Johnson, Johnon, and Holubec1999]. Es un aspecto educativo que se agrega al juego y tienen relacin con la cognicin como (inter)accin en el mundo social y material. Este cuerpo de conocimiento incluye trabajos en teora de la actividad, teora del discurso, cognicin distribuida, psicologa ecolgica, ethnometodologa, accin mediada, aprendizaje situado, teora sociocultural entre otras [Steinkuehler2004]. 27

Decir que los JuEGAS son Adaptativos: Se refiere a la capacidad del juego de realizar una asistencia al estudiante, en funcin de su desempeo en las tareas asignadas. Para esto se requiere de un modelo mental de los conceptos dominados por el alumno y su relacin directa con las acciones a realizar en el ambiente del micromundo. De esta manera se debe determinar automticamente en tiempo de ejecucin cules son los loros del estudiante y en qu momento requiere ayuda contextualizada al desarrollo de sus actividades en el juego.

3.1.2. Desde lo ComunicacionalDecir que los JuEGAS son Juegos: Se refiere a juegos de video o de computador. Especficamente a aquellos que incorporan caractersticas de los micromundos. Donde se presenta una modelo simplificado y significativo de un dominio. Es altamente interactivo y articulado en un contexto ldico, que permite vivir ese dominio. Presenta retos que deben ser sorteados con niveles de complejidad creciente. Los cambios realizados por el usuario en el entorno se reflejan en los valores que toman variables globales que permiten identificar el estado actual del desarrollo de las actividades. La forma en se relacionan las acciones y los valores de las variables obedecen a reglas claras. Permite extrapolar las experiencias vividas en el juego a situaciones del mundo real. El juego plantea una historia con un argumento claro que permite al usuario identificarse con la situacin. (Algunas ideas son tomadas de [Rieber1996b, Kafai2001, Juul2003, de Aguilera and Mendiz2003, Giraldo, Muoz, and Henao2004]). El diseo de estos juegos debe generar un entorno que invite a la inmersin, en el sentido que se plantea en [Jones1998]. Para esto los entornos que dan vida a la simulacin de los procesos que se han modelado deben aprovechar al mximo las posibilidades de la multimedia y los avances en el rea de investigacin de la interaccin humano-computador, para garantizar la facilidad de comunicacin, la interactividad indicada, la navegacin y en trminos generales un reconocimiento adecuado del lenguaje utilizado (conos, imgenes, sonidos, interfaces, etc.) en el juego para que sea una experiencia agradable para el usuario y de una manera intuitiva pueda hacer uso del juego y sus posibilidades.

3.1.3. Desde lo ComputacionalDecir que los JuEGAS son Gestionados con Agentes Software: Se refiere a que se apoya en las tcnicas de ingeniera de software orientado a agentes. Esta tecnologa permite disear los juegos pensando los componentes como elementos autnomos. Se puede proveer a los agentes de algoritmos basados en inteligencia artificial, lo que permitir gestionar las decisiones de adaptacin al usuario. Al ser una tecnologa pensada para ambientes distribuidos, su arquitectura soporta tcnicas de trabajo en grupo que facilitan el desarrollo de actividades de trabajo colaborativo. De esta manera se indica que debemos aprovechar al mximo el desarrollo de la ingeniera de software y la actual tendencia hacia agentes inteligentes para potenciar las posibilidades de este tipo de proyectos. Para esto se deben utilizar en su desarrollo los estndares ideados y aceptados a nivel internacional para el desarrollo de productos software.

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3.2. Aspectos Fundamentales para la Especificacin de SECMALISECMALI se especifica utilizando el estndar SPEM 2.0. SECMALI es un mtodo (contenido + procesos) que utiliza los plug-ings OpenUP/Basic y base_concepts, este ltimo contienen la especificacin de UMA de IBM. Para ms detalles vea la seccin 2.4. Dado que la Metodologa a construir se alimenta de varias propuestas, en esta seccin se explicar cules elementos son tenidos en cuenta y de donde se derivan cada uno de los componentes propios para la nueva metodologa, todo con base en los referentes presentados en el marco terico. Cada uno de estos elementos se especifica a manera de paquetes de contenido, del contenido del mtodo SECMALI, en EPF Componer, como puede apreciarse en la Figura 3.1.

Figura 3.1 Contenido del Mtodo SECMALI en el Framework EPF Composer

En la seccin 3.2.1. se presentan las actividades que se identificaron para cada uno de los paquetes de contenido que conforman SECMALI. Que se corresponden con la especificacin de procesos de SECMALI que en EPF Composer se agrupan en subprocesos, como puede apreciarse en la Figura 3.2. El detalle de los contenidos y las caractersticas particulares de los procesos, la reutilizacin de los elementos de OpenUP/Basic y las interrelaciones correspondientes son explicadas en la seccin 3.3.

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Figura 3.2 Procesos del Mtodo SECMALI en el Framework EPF Composer

3.2.1. Identificacin de ActividadesCon el propsito de facilitar la articulacin de los elementos requeridos para la construccin de un JuEGAS, se presentan los fragmentos de las metodologas en forma de actividades y las relaciones de dependencia y paralelismo entre ellas, ilustradas como grficos de actividades de UML, usando los estereotipos de SPEM 2.0. 3.2.1.1. Educacin y Juegos En la figura 3.3 se muestran los elementos de la metodologa SEMLI [Giraldo, Muoz, and Henao2004] en la parte (a), combinadas con los elementos bsicos del diseo de video juegos que se han construido a partir de [Bethke2003]en la parte (b), todos expresados en trminos de SPEM 2.0.

Figura 3.3 Actividades de la Metodologa SEMLI (a) y el diseo de Video Juegos (b) expresadas en SPEM 2.0

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De esta manera las actividades de la figura 3.3 (a), corresponden a un fragmento auto contenido, independiente de la metodologa que define los roles, las tareas, los elementos de trabajo, las actividades y las guas relacionadas con las actividades que deben realizarse para desarrollar cualquier proyecto que pretenda hacer una intervencin en el mbito educativo. Por esto, todos estos elementos se definen en EPF Composer dentro del Contenido del Mtodo denominado Educacin. Los de la figura 3.3 (b) se incluyen en el Contenido del Mtodo Juegos. Como se muestra en la figura 3.2 (derecha). De esta manera se facilita reutilizar estos fragmentos de la metodologa en otros procesos que lo requieran, por ejemplo realizar todo el anlisis educativo y proponer una solucin mediada con tecnologa utilizando el Contenido del Mtodo Educacin, pero que no necesariamente da como resultado el desarrollo de un JuEGAS, sino una pgina Web, un video, un foro, un chat, etc. Igualmente, esto sucede con todos los Contenidos de Mtodos definidos en EPF Composer. 3.2.1.2. Agentes Con base en AgentLink III [Luck et al.2005], especialmente en los reportes del FIPA Modeling TC [Cossentino, Hopmans, and Odell2003] y The AgentLink AOSE TFG [Cossentino, Bernon, and Pavn2005], se define el metamodelo de agentes para JuEGAS que se muestra en la figura 3.4. El agente es el concepto principal, el cual adems de ser autnomo puede ser cognitivo y debe ejecutar las tareas asignadas en el sistema. Las organizaciones se componen de roles que buscan cumplir los objetivos. Los Agentes interactan entre s por medio de comunicaciones con protocolos establecidos. Cuando hay retroalimentacin se conocen como conversaciones. Los agentes asumen roles y realizan sus tareas interactuando con los recursos del entorno, a travs de acciones de actuacin y percepcin.

0..*

Objetivo 0..* 0..*

Organizacin

Conversacin

Agente Cognitivo 0..* 0..* desempea 0..* 0..* 0..* responsable 0..* ejecuta 1..* 1 Persive 0..* Tarea 1 1..* Actua sobre Recurso 0..* 1..* 1 1 Entorno 0..* Rol 1..*

1

Comunicacin

1..* usa

1..*

Agente

1 Usa 1..* Protocolo

0..* Evento

Figura 3.4 Metamodelo de Agentes para un JuEGAS

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Con el propsito de dar cabida a todos los elementos requeridos en un JuEGAS y profundizar en los conceptos expuestos en el prrafo anterior, se presentan nuevos elementos en la figura 3.5. Aqu se muestra que los Agentes tienen capacidad de realizar tareas de forma autnoma por medio de sus comportamientos. Los Agentes pueden ser cognitivos, esto implica que tienen un estado mental ms complejo, compuesto por representaciones del entorno, objetivos, planes y comportamientos. Las tareas se ejecutan sobre los recursos del entorno, los cuales pueden ser aplicaciones, herramientas u objetos necesarios para realizar las actividades del juego.Comportamiento Protocolo Conversacin 1..* 0..* Creencias 1..* Usa 1 Comunicacin 1..* 0..* 1 1 Agente Cognitivo 1 usa 1..* Agente 1 ejecuta responsable 0..* Entorno 1 1 0..* Ontologa 1 1 Describe 0..* 0..* Evento 0..* 1 1..* Reto 1..* 1..* 1 1 0..* 1 1..* 1..* Tarea 1 Actua sobre 1..* Nivel 1..* Recurso Herramientas 1..* Objeto 1..* 0..* Servicio 1 0..* 1..* 1 Describe 1 1 1 0..* Persive 1 Asume 1..* Rol 1 0..* 0..* Procura 0..* Plan 1..* 0..* 0..* 1 0..* 0..* Objetivo Organizacin

1 Representacin

* Reglas Aplicaciones

Figura 3.5 Metamodelo detallado de Agentes para un JuEGAS

El Entorno tiene recursos que pueden ser aplicaciones, herramientas u objetos que puedan utilizar los personajes del video juego. El Entorno est determinado por reglas que establecen las condiciones y restricciones de los eventos que suceden en ste. El entorno puede dividirse en niveles que determinan diferentes grados de complejidad por medio de los retos, en los niveles como en el entorno en general pueden presentarse eventos que alteren los estados de

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los recursos de acuerdo a las reglas del juego. Los agentes se pueden agrupar en organizaciones, en las cules se determinan roles encargados de cumplir sus objetivos. Para la comunicacin entre agentes se utilizan protocolos, cuando esta comunicacin es en doble va se conocen como conversaciones, muchas de estas conversaciones se dan cuando los agentes, los recursos o las organizaciones prestan o usan algn servicio, en el cumplimiento de sus tareas. Los agentes pueden utilizar ontologas para asegurar que se comprenda el contenido de sus comunicaciones. Con el propsito de dar cumplimiento a sus objetivos los agentes pueden elaborar planes que impliquen la activacin de comportamientos, el acceso a recursos, asumir roles u otras alternativas, de acuerdo a la percepcin del entorno y las creencias que posea el agente en un momento determinado. Para la realizacin de los modelos de agentes se utiliza la herramienta de libre distribucin StarUML (http://staruml.sourceforge.net/en/), expresndolos con el lenguaje de especificacin Agent Modeling Language Versin 0.9 de Whitestein Technologies AG [Cervenka and Trencansky2004] (http://www.whitestein.com/) y su correspondiente pluging para StarUML igualmente liberado a la comunidad (http://staruml.sourceforge.net/en/modules.php). 3.2.1.3. Sistemas Tutores Inteligentes(STI) Entre las ideas sealadas en la seccin dedicada a agentes 2.2.5, sobresale [Antonio et al.2003] que plantea la creacin de agentes especializados para cada tarea del STI, otros ms para la representacin del mundo y otros para la comunicacin con las interfaces. Igualmente en [Viccari, Builes, and Carranza2005, Ovalle and Jimnez2005] se presenta el STI Allegro que se basa en Agentes, agregando uno dedicado a los sistemas de colaboracin. A partir de estas ideas y las presentadas en la seccin 3.2.2 se presenta la arquitectura de un JuEGAS en la figura 3.6.

Meta Modelo del Experto Estrategias de Enseanza

Plan

Perceptores Modelo del Escenario Modelo del Alumno N

Meta N

Percepcin del Mundo N

Modelo del Escenario N

Plan N

Efector N Personaje N

Tutor

Interfaz N 1 1..* Vista N 1 1 Estudiante N

Simulacin del Mundo Recursos Escenario Retos

Figura 3.6 Arquitectura genrica de un JuEGAS

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Para cada personaje del video juego se crea un agente dotado de una representacin del escenario, los objetivos y planes requeridos para realizar sus tareas de forma autnoma y se definen los mecanismos de percepcin y efecto sobre el entorno. Cuando uno de estos personajes pasa a ser manejado por un usuario, toda la funcionalidad del personaje pasa a manos de ese usuario, al igual que la toma de decisiones. Para realizar una asistencia adaptada a este usuario, el agente continua analizando cul es la mejor decisin, pero no ejecuta las acciones en el entorno, ni toma el control. El agente que est siendo reemplazado por el usuario, enva al tutor el resultado de su anlisis y el tutor compara estos datos con las acciones que el usuario ha ejecutado. De esta manera determina qu asistencia debe hacer a este usuario en particular. Las caractersticas del escenario se definen por medio de reglas que gobiernan el micromundo virtual que se disea para el video juego, el agente de Simulacin del Mundo se encarga de mantener las reglas y aplicarlas al entorno en cada nivel, gestionando los recursos y los retos de cada uno de ellos. Hay un agente de interfaz, en cada mquina donde un estudiante jugador se encuentra manejando un personaje del video juego. El Agente de Interfaz se encarga de gestionar la comunicacin entre el sistema multiagente y la aplicacin que se encarga de generar la interfaz de usuario. Esta aplicacin actualiza el entorno de acuerdo a la informacin enviada por el Agente Simulador y captura las acciones del usuario en la interfaz para comunicarlas a este Agente. El agente tutor conserva modelos del escenario, del experto, de cada alumno y de las estrategias de enseanza que dieron origen al juego. El tutor percibe las acciones del usuario desde el escenario y los cambios en el entorno a partir de los recursos, con esta informacin actualiza sus modelos y ejecuta los planes que ayuden al cumplimiento de sus objetivos de acuerdo a estos modelos actualizados y las dems creencias que representan el modelo del experto y de la estrategia de enseanza. De esta forma la asistencia que realiza al usuario es adaptada a las circunstancias actuales que vive el estudiante en el juego. La gestin de la comunicacin entre agentes se hace a travs de la plataforma de agentes que se elija para el desarrollo, por esto no se contempla como parte de esta vista arquitectnica. 3.2.1.4. Actividades para STI y SMA A partir de estas caractersticas se definen las actividades que agrupan las tareas del modelado del Sistema Tutor Inteligente (STI) en la parte (a) de la figura 3.7 y del modelado del Sistema Multiagente (SMA) que se aprecian en la parte (b) de la misma figura. Como SECMALI se inscribe en un proceso iterativo, se han definido tres momentos del modelado de cada una de estas disciplinas, denominadas definicin, modelado y refinamiento. En la fase de inicio se realiza la definicin de estos modelos, pensando especialmente en las caractersticas arquitectnicas que permitan dar una mirada general a estos aspectos. En la fase de Elaboracin se realizan todos los modelos correspondientes a estas caractersticas y en la fase de Construccin se refinan los modelos para dar soporte a las caractersticas del

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producto a medida que se realizan las pruebas individuales y de acoplamiento entre los componentes de la aplicacin.

Figura 3.7 Actividades definidas para (a) Sistemas Tutores Inteligente y (b) Sistemas Multiagentes

3.2.1.5. Actividades de OpenUp/Basic En EPF Composer los procesos se definen por medio de plantillas de patrones en las cuales se especifican las actividades realizadas para cada fase del ciclo de entrega, en el cuadro 3.1 se muestran los que se han definido en OpenUp/Basic y se reutilizan en SECMALI. En la seccin 3.3 se presenta la metodologa SECMALI, solo se mencionarn algunas caractersticas de OpenUP/Basic cuando se haga referencia a la manera como se integran con los elementos que constituyen la metodologa SECMALI. Para ampliar detalles puede consultarse el apndice B.

Cuadro 3.1 Patrones y Objetivos de Fase de OpenUp/Basic tomado de [Balduino. 2006]

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3.3. Especificacin de la Metodologa SECMALILa Metodologa SECMALI es la especificacin de un proceso para el desarrollo de Software Educativo, Colaborativo, Multimedia, Ldico e Interactivo que Permite dirigir el proceso de produccin de Juegos Educativos Gestionados con Agentes Software (JuEGAS). En esta seccin se presentan los elementos ms importantes de la especificacin de SECMALI. La especificacin completa se presenta en formato WEB en la direccin http://eisc.univalle.edu.co/ jucagi/secmali o en el CD adjunto a este documento en la carpeta secmali iniciando el archivo index.htm. La forma en que se presenta cada tipo de elemento de la metodologa se describe en el apndice B. Durante la presentacin de cada elemento de la metodologa se indica la seccin del apndice que presenta un ejemplo en formato Web de este tipo particular de componente de la metodologa.

3.3.1. Subprocesos de SECMALILa metodologa SECMALI est compuesta de subprocesos, que agrupan los principios bsicos, los roles, las tareas, los artefactos y las actividades relacionados entre s. En la figura 3.8 se muestran los principales subprocesos de SECMALI. En el centro se presenta el subproceso de Comunicacin y Colaboracin, en el cual se agrupan los procesos y principios relacionados con el trabajo en equipo de todos los que participan en el proyecto. ste junto a los subprocesos Intencin, Administracin y Solucin, son propuestos en OpenUP/Basic para cualquier proceso de ingeniera de software. Los subproceso de Educacin, Juegos y Agentes, constituyen los elementos particulares requeridos para el desarrollo de JuEGAS y son aporte de este trabajo.

Figura 3.8 Esquema general de la metodologa SECMALI

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El subproceso Educacin, agrupa todas las actividades relacionadas con determinar y aplicar los principios y propsitos educativos del proyecto. Este incluye el subproceso de Sistema Tutor Inteligente, que como su nombre lo indica, constituye todo lo relacionado con el modelado de los elementos de tutora inteligente que permitirn realizar una asistencia adaptada al usuario durante el desarrollo del juego. En el subproceso de Juegos se incorporan todos los elementos necesarios para garantizar que sea realmente un video juego, divertido, interactivo y con caractersticas de micromundo. En este subproceso se incorpora el subproceso multimedia, que determina el proceso de concepcin de la propuesta visual, la caracterizacin de toda la interfaz con el usuario y la produccin y ensamble de todos los elementos multimedia. En el subproceso de Agentes se incorporan todos los elementos requeridos para disear el sistema multiagente basado en el juego educativo diseado y soportando el sistema tutor inteligente. Puede ver ejemplos de las pginas Web de la especificacin de SECMALI sobre subprocesos en el apndice B.3 y de un subproceso en el apndice B.4. En la figura 3.9 puede apreciarse los subprocesos de SECMALI con sus respectivos principios bsicos, roles y actividades.

Figura 3.9 Subprocesos de la metodologa SECMALI

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3.3.2. Actividades, Tareas y ArtefactosLas actividades se encargan de cumplir los objetivos de cada fase, se basan en patrones de capacidades (contenido del mtodo) que se repiten durante las diferentes fases, como instancias con pequeas modificaciones (uso de patrones denominados actividades). Las actividades estn conformadas por agrupaciones de tareas y el correspondiente flujo de trabajo entre ellas. Cada tarea tiene asociado un rol principal y unos adicionales que comnmente colaboran con el rol responsable de esa tarea. Igualmente cada tarea indica los artefactos que obligatoriamente se requieren como entrada, aquellos que opcionalmente podran requerirse y los que se producen como salida. En el apndice B.6 se presenta la forma como se especifica una Actividad, en B.7 una tarea y en B.8 un artefacto. En la seccin 3.3.4 se presentan las actividades utilizadas en cada fase del proceso de entrega de un producto JuEGAS, especificando las tareas que las componen.

3.3.3. Roles en SECMALILa metodologa SECMALI se ha pensado como una propuesta para articular el trabajo interdisciplinario de un equipo diverso de profesionales que se enfrenta a la tarea de desarrollar un JuEGAS, por esto se han definido los roles que se presentan en la figura 3.10 los cuales, son adicionales a los definidos en OpenUP/Basic (Analista, Diseador, Administrador del Proyecto, etc.). Por tanto las tareas, los productos de trabajo y las guas se han construido en los vocabularios tcnicos adecuados a cada uno de los roles. De tal manera que se requiera el menor esfuerzo posible en el proceso de aprendizaje de la metodologa por parte de cada uno de ellos. Si bien se define un responsable por cada uno de los productos de trabajo, se espera la colaboracin de otros miembros del equipo en la construccin colectiva de los mismos.

Figura 3.10 Roles de la metodologa SECMALI

El Educador es el lder del equipo educativo y se encarga de la articulacin de las propuestas educativas con la historia, el video juego y el sistema tutor inteligente. Debe realizar el anlisis de la necesidad educativa.

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El experto es un profesional que domina el tema sobre el que trata el juego educativo, debe construir los documentos que sustentan cientficamente el proyecto y colaborar en la elaboracin de los grficos conceptuales y las ontologas de dominio a que hubiese lugar. El pedagogo se encarga de definir el modelo pedaggico del proyecto, resaltando las caractersticas de trabajo colaborativo. Debe elegir las teoras de aprendizaje con mayor adaptacin a la propuesta educativa y las caractersticas del juego. El diseador del juego es el lder de equipo encargado del juego, debe definir la mecnica del juego y asegurar el balance entre el las caractersticas educativas y la jugabilidad del producto. El escritor del juego se encarga de tomar los elementos educativos y la informacin del experto para articular una historia que involucre estos elementos y se adapte a la poblacin objetivo, define los perfiles de los personajes y la trama de la historia que pondr en contexto el juego. El dise