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CAPÍTULO 4. Modulo Interactivo en el Campus Virtual 3D
‘UdlaVerso’ para el Aprendizaje de las Leyes de Newton.
https://doi.org/10.64325/bz7r8275
Autores
Edwar Andrés Salazar Núñez
Universidad de la Amazonia
https://orcid.org/0000-0002-0694-9132
Edwin Eduardo Millán Rojas
Universidad de la Amazonia
https://orcid.org/0000-0002-4258-4601
Fredy Antonio Verastegui González
Universidad de la Amazonia
https://orcid.org/0000-0002-0525-6879
Como citar: Salazar Núñez, E. A., Millán Rojas, E. E., & Verastegui González, F. A. (2025). Modulo
Interactivo en el Campus Virtual 3D ‘UdlaVerso’ para el Aprendizaje de las Leyes de Newton. En
E. E. Millán Rojas (Ed.), Uso de la realidad Virtual 3D para articular la enseñanza de la Física en
Ingeniería de Sistemas (pp. 102-161). Editorial Didaxis. https://doi.org/10.64325/bz7r8275
Resumen
En este capítulo podrá conocer cada proceso que se realizó para poder desarrollar el módulo
interactivo en el udlaverso, el cual tiene como objetivo facilitar la enseñanza y comprensión de las
leyes de newton para docentes y estudiantes. Se desarrolló bajo la métrica V3 la cual aporto para
poder dividir en 3 fases este proyecto, las cuales fueron, fase de requerimientos, fase de diseño y la
fase de elaboración. Así mismo se debió hacer los respectivos diagramas de clases, casos de uso y de
despliegue para una mejor comprensión a nivel de documentación para su desarrollo. Ya pasando al
desarrollo se debió instalar el visualizador firestorm para así poder construir los 7 escenarios propuesto
para abordar cada una de las leyes de Newton, así como sus evaluaciones. Ya en cada uno de los
escenarios se podrá interactuar con diferentes objetos las variables de masa, aceleración y
obviamente la acción y reacción de cada uno de estos. Todo esto se hace con el simple hecho de
sumergir a cada persona en un ambiente interesante y fuera de la monotonía para observar los
impactos positivos para con la enseñanza y aprendizaje de los diferentes temas físicos matemáticos.
Palabras claves: Leyes de Newton; Entornos virtuales de aprendizaje; Simulación tridimensional;
Enseñanza de la física.
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Abstract
In this chapter, you will learn about each process that was carried out to develop the interactive
module in the udlaverso, which aims to facilitate the teaching and understanding of Newton's laws for
teachers and students. It was developed under the V3 metric, which allowed this project to be divided
into three phases: the requirements phase, the design phase, and the development phase. Likewise,
the respective class, use case, and deployment diagrams had to be made for a better understanding
at the documentation level for its development. Moving on to the development, the Firestorm
visualizer had to be installed in order to build the seven scenarios proposed to address each of
Newton's laws, as well as their evaluations. In each of the scenarios, it will be possible to interact
with different objects, the variables of mass, acceleration, and, obviously, the action and reaction of
each of these. All this is done by simply immersing each person in an interesting environment that
breaks the monotony in order to observe the positive impacts on the teaching and learning of different
mathematical physics topics.
Keywords: Newton's laws; Virtual learning environments; Three-dimensional simulation; Teaching
physics
Introducción
Este capítulo se relacionará con un tema muy conocido en la física matemática,
llamado las leyes de newton, pero desde el ámbito de la ingeniería de sistemas se creará
un módulo interactivo para aquellos docente y estudiantes puedan interactuar y así
enriquecer sus conocimientos mediante un sistema didáctico. En particular, aborda los
temas de inercia; relación entre la fuerza y aceleración y el principio de la acción y
reacción que son tres apoyos fundamentales pertenecientes a ellas. Así mismo, trata
directamente los tres pilares básicos de la física técnica que inician en el tratamiento
de los procesos de movimiento, por lo que es de vital importancia para una adecuada
formación técnica que imparta los principios básicos.
El presente modulo interactivo responde a la problemática de la comprensión de
los conceptos abstractos de la física, en concreto de las leyes de Newton, por parte de
los estudiantes. Como bien se ha venido observando la mayoría de los temas de la física
matemática son complejos para enseñarlos y aprenderlos, este módulo a partir de
simulaciones en un entorno virtual busca poder apoyar esas falencias que a lo largo de
los años por situaciones adversas a nuestra voluntad pues se ha venido incrementando.
Como se sabe en todo tipo de proyecto se busca una estrategia para así poder abarcar
todos los temas requeridos para un módulo de esta magnitud. Es por ello en este caso
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se utilizó la métrica V3, la cual es muy reconocida en el mundo del software. Así mismo
se enfatizó en tres etapas las cuales fueron, requisitos, diseño y desarrollo. Por otra
parte, también se implementó los famosos diagramas de casos de uso y de clases.
Después de una investigación exhaustiva se llegó a conocer la significativa falta
de comprensión por parte de los estudiantes y el gran desafío que tienen los educadores
para poder enseñar esta clase de temas. Por ello, así como se ha venido conociendo las
tecnologías son precisamente para poder ayudar a mitigar esta clase de
comportamientos que se presenta al momento de hablar sobre las leyes de Newton que
es nuestro caso (González Suarez, 2006; Wieman & Perkins, 2005). En este capítulo se
tiene un orden peculiar el cual comienza con una evolución sobre el tema en cuestión,
por otro lado, se hace un detallado análisis por parte de los resultados de dicha
evaluación el cual nos podrá dar una idea más clara para así poder llevarlas a cabo en
cada una de las fases que hemos propuesto.
Después del análisis se podría observar las ventajas que tendría un módulo como
el que se plantea ya que con la ayuda de las encuestas realizadas y las diferentes
pruebas con usuarios que están pasando por la problemática ya mencionada, pues se
puede llegar a que este tipo de módulos interactivos son la clara solución para este tipo
de problemáticas. De la misma forma se culmina teniendo una serie de pros y contras
para la implementación en el ámbito educativo.
Por último, el capítulo se basa en la importancia de esta clase de herramientas
tanto para los docentes como para los estudiantes. Es por ello por lo que las diferentes
pruebas con el ‘udlaverso’ han arrojado una clara solución para así llevar a un nivel
superior el entendimiento de esta clase de temas tan importantes en la vida laboral
para un ingeniero o cualquier persona que base sus investigaciones en esta clase de
temas tan reconocidos en el mundo.
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Materiales y Métodos
En esta ocasión la métrica V3 utilizada en este módulo, se basa en una minuciosa
planificación y análisis, pero siempre con una serie de pasos muy asertivos a la hora de
encontrar estrategias para una solución eficaz. Así mismo muchas entidades la utilizan
para la creación de proyectos similares al que se plantea en este capítulo. La convierte
en la mejor herramienta para la creación de este módulo interactivo. El mantenimiento
se ocupa de arreglar las cosas y mejorarlas más adelante, y el soporte se asegura de
que los proyectos se observen y manejen correctamente. Además, métrica V3 fomenta
el empleo de herramientas de documentación de sistemas estandarizados como UML
para delinear y caracterizar partes del sistema, garantizando un desarrollo bien
organizado y suficientemente documentado.
Esta parte examina el proyecto de estudio “modulo interactiva en el ‘udlaverso’
para el aprendizaje de las leyes de Newton”, elaborado bajo el esquema de estudios de
sistemas de la universidad de la amazonia. Se entregó un cuestionario a tres estudiantes
para evaluar sus habilidades a con el tema en cuestión. Así mismo, se integró chatGPT
como experto en el tema obteniendo el papel de tutor. Por consiguiente, se hizo uso del
lenguaje unificado de modelado (UML) para así poder emplear los diagramas de casos
de uso, clases y despliegue. Ya para poder iniciar con el proyecto se hizo la debida
instalación del visor 3D firestorm que este permite el acceso al servidor correspondiente
para crear el módulo. El cautivador modulo interactivo proporciona escenarios
cinestésicos, lo que permite a los alumnos comunicarse de primera mano con las teorías
que están explorando, mejorando la comprensión a través de la participación práctica.
Investigaciones previas, como la de Weman y Perkins (2005) validan este método para
el entrenamiento físico.
Fase de requerimiento
En esta tabla se puede observar los temas que son directamente relacionados con
las leyes de newton. Este tema es uno de los fundamentos clave de la física
matemática, ya que ofrece respuestas fundamentales sobre el comportamiento de los
objetos y las fuerzas que los influyen en distintos contextos.
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Tabla 1. Contenido temático Física 1, Unidad 3.
Unidad 3: las Leyes de Newton
Descripción
Concepto de fuerza
Introducción al concepto de fuerza en física.
Primera ley de Newton y marcos de
referencia
Explicación de la primera ley de Newton.
Distinción entre masa inercial y masa
gravitacional, y definición del peso.
Segunda ley de Newton
Descripción de la relación entre fuerza,
masa y aceleración.
Tercera ley de Newton
Presentación del principio de acción y
reacción.
Aplicaciones de las leyes de Newton
Ejemplos de aplicación práctica de las tres
leyes.
Concepto de fuerzas de fricción
Descripción de la fricción estática y
dinámica.
Segunda ley de Newton aplicada al
movimiento circular
Uso de la segunda ley de Newton para
explicar el movimiento circular uniforme y
no uniforme.
Nota. Contenido temático del área de Física 1, Unidad 3. Fuente: Universidad de la
Amazonia.
El módulo interactivo del programa educativo llamado "Módulo interactivo en el
'UdlaVerso' para el aprendizaje de las Leyes de Newton" se utilizó para avanzar un
cuestionario de 15 preguntas para estudiantes recién familiarizados con el tema, y se
creó un formulario distinto para el guía experto, adaptando los objetivos relevantes al
punto de vista de cada grupo. Aquí se detalla cada una de las preguntas las cuales se
usaron para recopilar la información, enfatizando las consultas formuladas y su
disposición metódica para probar la comprensión y la capacidad de implementar los
principios fundamentales de Newton en situaciones tanto reales como artificiales.
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Tabla 1. Preguntas dirigidas al experto en el tema de las leyes de Newton.
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Nota. Preguntas para el docente experto. Fuente: elaboración propia.
Tabla 2. Preguntas dirigidas a los estudiantes
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Nota. Preguntas para los estudiantes. Fuente: elaboración propia.
Así mismo, después de crear los dos formularios tanto para el docente experto
como para los tres estudiantes encuestados. Se presentó a un experto en el tema del
‘UdlaVerso’ que radica en la universidad de la amazonia. La situación por la cual se
presentó a esta persona es para hacer la debida revisión a cada una de las encuestas a
realizar, para así poder encontrar lo que realmente se necesita para poder así plasmarlo
en el módulo. Después de haber sido validada la encuesta se presenta a cada uno de los
usuarios, para así poder llevar toda la información recolectada a un lenguaje natural.
Por otra parte, para evitar serie de mala información o repetitiva, se llevó a cabo la
especificación de requerimientos para así tener un orden más específico y poder atender
las necesidades de cada uno de los usuarios en cuestión. Lo que nos arrojaría una
detallada lista de cada una de las necesidades cruciales para poder darles la debida
solución en el módulo interactivo.
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Fase de diseño
Para esta fase, se diseñó un diagrama de clases para así poder facilitar la
comprensión sobre los diferentes atributos y métodos necesarios para una correcta
codificación de cada una de las actividades que se desarrollaran en cada uno de los
escenarios. De la misma forma se graficó un diagrama de despliegue para al igual que
el anterior poder tener en claro los diferentes hardware y software necesarios para el
correcto funcionamiento del módulo en cuestión. Después se realizó dibujos a lápiz para
poder plasmar las ideas de diseño para cada uno de los escenarios ya que de esta forma
podemos esclarecer que elementos son los necesarios para que el módulo sea
gratificante a simple vista.
Así mismo, para poder tener una lluvia de ideas en la cuestión de diseño, se
utilizaron diferentes herramientas de la web que se dedican a crear imágenes, lo único
necesario es poder describir como queremos cada uno de los escenarios para que estas
nos den una imagen semejante a lo descrito por cada uno. De la misma forma se diseñó
el diagrama de clases, este tiene como objetivo poder tener en claro las diferentes
actividades que deben completar cada uno de los usuarios. Es más, ayuda a clarificar
como se le puede facilitar al usuario la navegación por cada uno de los escenarios
disponibles para su formación a con el tema de las leyes de Newton. Además, cada caso
de uso se le hizo la debida especificación para clarificar cada uno de los aspectos
importantes como los actores, secuencia de eventos, excepciones, rendimiento y demás
características necesarias para el óptimo desarrollo del módulo.
Fase de elaboración
Para poder explorar el módulo es necesario instalar el visor firestorm, su debida
descarga se debe hacer desde el sitio oficial para no incurrir en problemas como virus y
demás malwares. Después de su descarga, se requiere seguir el paso a paso para poder
llegar a su instalación optima y sin ningún contra tiempo.
La estructura arquitectónica del edificio que alojara cada uno de los escenarios
es de forma triangular. Así mismo, el usuario tendrá un sendero el cual lo dirigirá hacia
la entrada principal donde encontrará el primer escenario el cual en su derecha tendrá
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los diferentes Teleports los cuales lo dirigirán a los demás escenarios. Ya en su lado
izquierdo habrá un auditorio con sillas y una pantalla en la cual habrá un video el cual
es reforzar el tema de las leyes de Newton.
En forma general cada uno de los 7 escenarios fue equipado con elementos
fundamentales para el desarrollo de enseñanza y aprendizaje de las leyes de Newton.
Cada uno de ellos fue programado minuciosamente para que cumpla con cada una de
las funciones necesarias y así cumplir el objetivo del módulo. Por otro lado, se conformó
un grupo de expertos en estos temas de módulos 3D para que evaluaran cada uno de los
módulos y sus actividades. Para esto se basaron en el principio de Nielsen. De la misma
forma se creó una encuesta en Google forms con una escala en cada una de las preguntas
de 1 a 5.
Resultados
En esta sección se podrán encontrar cada uno de los resultados que se pudieron
evidenciar en cada una de las fases anteriormente ya planteadas y sus actividades que
aplican en cada una de ellas. Así mismo, podrán visualizar cada respuesta de los
estudiantes y profesor en las encuestas planteadas al principio del este capítulo, de la
misma forma, habrá imágenes de cada escenario para su mejor visualización. Los
resultados mostraron que los estudiantes mejoraron significativamente su comprensión
de los conceptos físicos, lo que concuerda con lo que Ma y Nickerson (2006) ya
observaron en 2006. Destacaron el impacto positivo de los laboratorios virtuales y la
simulación en el aprendizaje. Además, las interfaces inmersivas utilizadas en este
módulo permitieron a los estudiantes sentirse más involucrados, más involucrados y
comprender mejor los temas científicos, que desde había planteado anteriormente en
2009.
Por otro lado, estudios como el de Jong, Linn y Zacharia (2013) demostraron que
los laboratorios virtuales son una herramienta muy útil para el aprendizaje a través de
la investigación, ya que se adaptan a las necesidades específicas de cada estudiante.
Estos hallazgos refuerzan la idea de que las simulaciones y los entornos interactivos son
recursos pedagógicos valiosos, especialmente cuando se trata de enseñar conceptos
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científicos complejos. En definitiva, estas herramientas no sólo facilitan el aprendizaje,
sino que también lo hacen más dinámico e interesante para los estudiantes.
Resultados de la Fase de requerimiento
Para poder encontrar la problemática en la enseñanza y aprendizaje sobre las
leyes de Newton, se hizo la recolección de las diferentes respuestas de los 3 estudiantes
y el docente experto en el tema. De esta forma se puede evidenciar el punto de vista
de los usuarios que principalmente pondrán a prueba el módulo interactivo. Así mismo,
se podrá desarrollar la debida solución para con el problema en cuestión.
Tabla 3. Respuestas del experto
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Nota. Respuestas obtenidas a partir de la aplicación del formulario (tabla 2) diseñado para
expertos en la enseñanza de las Leyes de Newton. Fuente: ChatGpt.
114
Tabla 4. Respuestas del estudiante #1 en relación con el aprendizaje de las leyes de Newton
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Nota. Respuestas obtenidas a partir de la aplicación del formulario (tabla 3) diseñado para
estudiantes en el aprendizaje de las leyes de Newton. Fuente: estudiante #1.
Tabla 5. Respuestas del estudiante #2 en relación con el aprendizaje de las leyes de Newton
Lo más complejo inicialmente es identificar o visualizar que fuerzas actúan
sobre un cuerpo o como están involucradas dependiendo de la dirección.
Creo que sería bueno que se ilustrara de manera virtual mediante el uso de
simuladores, con ejemplos de la vida cotidiana, no solo entornos aislados, sino
que dentro de las ilustraciones se simulen situaciones de la vida real que
ejemplifiquen la primera ley de Newton.
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No considero que haya un ejemplo puntual que me haya ayudado a entender
mejor, sin embargo, el hecho de buscar distintos ejemplos y ejercicios de los
libros de física y realizarlos, empezando por ilustrarlos fue muy importante, lo
que más me ayudó fue hacer dibujos y entender primero la situación antes de
iniciar a resolver lo que se pedía. Sería genial que mediante un metaverso estas
ilustraciones visuales sean mucho más simples, entendibles y permitan una
mejor comprensión al estudiante.
Nuevamente creo que lo más complejo fue identificar el cómo actuaban las
fuerzas y en qué dirección lo hacían. Que se explicara de una manera más
didáctica, visual y animada en el UDLA-verso sería de mucha ayuda para una
mayor comprensión.
Experimentos simples, como empujar un objeto o lanzarlo, también realizar
juegos con objetos como pelotas o carros de diferentes pesos o masa, para hacer
comparaciones de cómo las fuerzas intervienen en su movimiento y demás.
Me gustaría observar o poder realizar anotaciones o aclaraciones sobre
simulaciones de experimentos que ejemplifican esta ley, como el de tirar de un
mantel que tiene encima varios objetos, entonces me gustaría ver anotaciones
de cómo ocurre esto, en los momentos justos.
Cualquiera que tenga relación con la cotidianidad, como carros, pelotas, llantas
y demás, sin embargo, teniendo una gran variedad de estos con características
un poco distintas, que varíen en masa, o que se le agregue mayor fuerza, para
ver cómo se relacionan estas y cómo varían dependiendo del valor de esta o
como les afecta a los diferentes objetos.
También haciendo uso de una visualización más clara de la intervención de las
fuerzas de acción y reacción de una manera gráfica y dinámica que ejemplifique
con situaciones de la cotidianidad como las fuerzas actúan casi que en parejas
y tienen el mismo valor, pero con direcciones contrarias. Además de que las
simulaciones puedan ser repetidas en momentos precisos para mayor
comprensión.
Simulaciones con diferentes superficies que tengan distintos coeficientes de
fricción.
Con la ilustración de situaciones y escenarios reales se podrían observar entornos
que simulen los movimientos de vehículos de deportes construcciones y demás
que nos permitan saber cómo influyen las diferentes fuerzas en estas situaciones
de la vida real.
Aparte de las simulaciones podrían incluirse juegos que nos permitan
comprender cómo estas fuerzas actúan en situaciones cotidianas o reales de
nuestro interés e incluso en condiciones peligrosas que no podemos reproducir
en la vida real como choques de carros o lanzamientos de cohetes.
Mediante test interactivos, que permitan hacer uso de un contenido audiovisual
y responder preguntas de manera puntual.
Nuevamente la visualización de las fuerzas y la identificación de ellas fue lo más
complicado entonces anotaciones puntuales sobre la intervención de estas
fuerzas en simulaciones permitiría una comprensión mucho más sencilla.
Con ejemplos que permitan interactuar con una gran variedad de condiciones como
distintas superficies, distintas inclinaciones del plano, variación en la aplicación de
fuerzas o terrenos variados y gran variedad de objetos.
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Una gran variedad de objetos y variación de sus mismas características, además
anotaciones bien precisas sobre cada simulación.
Nota. Respuestas obtenidas a partir de la aplicación del formulario (tabla 4.3) diseñado
para estudiantes en el aprendizaje de las leyes de Newton. Fuente: estudiante #2.
Tabla 6. Respuestas del estudiante #3 en relación con el aprendizaje de las leyes de
Newton
La relación entre masa, fuerza y aceleración.
Con algún tipo de desafío donde se deba aplicar la ley.
El de lanzar una pelota con distintas masas y observar como la aceleración iba cambiando
cuando se aplicaba la misma fuerza con un simulador donde se logre hacer gráficos y
mostrar los resultados de cómo cambia la aceleración.
Entender cómo las fuerzas de acción y reacción actúan de manera simultánea, pero en
cuerpos diferentes, se podrían hacer simulaciones con un cohete ya que los gases
expulsados hacia bajo ejercen una fuerza hacia arriba lo que impulsa el cohete.
Laboratorios virtuales, simuladores de caída libre.
Sería bueno tener simulaciones y actividades interactivas que se logre que la inercia se
sienta de manera más tangible y visual.
Gráficos dinámicos en tiempo real, videos explicativos.
Con mayor interacción en simulaciones, con videos explicativos, diferentes juegos para
hacer más dinámico el aprendizaje.
Experimentos de cuerpos en pendiente, simulaciones de frenado de vehículos,
experimentos de fuerza normal y fricción.
Resolución de problemas en tiempo real.
Competencias de ingeniería virtual.
Resolviendo alguna simulación.
No lograba entender muy bien el tema los ejercicios no los lograba comprender de una
manera clara, creo que mirando videos y haciendo más actividades didácticas.
Escenarios de resolución de problemas.
Videos explicativos y laboratorios donde se puedan realizar diferentes simulaciones.
Nota. Respuestas obtenidas a partir de la aplicación del formulario (tabla 3) diseñado para
estudiantes en el aprendizaje de las leyes de Newton. Fuente: estudiante #3.
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En total, se obtuvieron 45 respuestas de los tres estudiantes encuestados y 15 del
docente, alcanzando un total de 60 respuestas, lo cual proporcionó una base
significativa para extraer los requerimientos e iniciar la construcción del módulo. Tras
aplicar el formulario a los participantes, se llevó a cabo un análisis detallado para
identificar las peticiones y necesidades específicas de los usuarios respecto al
aprendizaje de las leyes de Newton.
Tabla 8. Requisitos funcionales en lenguaje natural.
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Nota. Requisitos funcionales en lenguaje natural. Fuente: elaboración propia.
Posteriormente, los requerimientos fueron especificados mediante un enfoque
orientado a objetos, detallando para cada uno aspectos como código, nombre,
descripción, prioridad, origen y usuario. De esta forma se encontró una mejor
claridad ante las peticiones recolectadas en las respuestas anteriores por parte de
los estudiantes y docente experto. Así mismo, se especificaron 15 requerimientos.
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Tabla 9. Especificación de requisitos funcionales
Nota. Modelo de especificación de requisitos. Fuente: elaboración propia.
Resultados de la Fase de diseño
Ya para esta fase se evidencia el diagrama de clases estructurado y creado para
facilitar al codificador los diferentes atributos y clases que son requeridos para el
óptimo desarrollo del módulo interactivo. Se muestra puntos clave que se deben tener
en cuento a la hora de desarrollar cada uno de los escenarios y sus elementos que tendrá
alguna programación para que el usuario interactúe con ellos.
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Figura 1. Diagrama de Clases del Proyecto
Nota. Diagrama de clases. Fuente: elaboración propia en la página draw.io.
De la misma forma se diseñó un diagrama de secuencia el cual nos evidencia la
interacción que tiene cada software y hardware utilizados para el desarrollo del módulo
en cuestión. Es muy necesario ya que nos aclara las herramientas que se deben estar a
la mano para su utilidad ya que sin estas difícilmente se podría cumplir con el objetivo
de cada escenario planteado.
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Figura 2. Diagrama de secuencia del modulo
Nota. Diagrama de secuencia. Fuente: elaboración propia en la página draw.io.
Para el diseño arquitectónico del edificio y de cada uno de loes escenarios, se
realizaron bocetos a mano alzada los cuales ayudaron a tener una mínima idea de cómo
se construirían cada uno. Así mismo, es fundamental esta clase de ejercicios para
encontrar errores y poderlos solucionar a tiempo. Al igual que poder encontrar rutas
fáciles para la navegación de cada uno de los usuarios que usen este módulo.
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Figura 3. Bocetos a mano alzada de los escenarios a implementar.
Nota. Bocetos iniciales a mano alzada. Fuente: elaboración propia.
Así como anteriormente plasmamos las ideas arquitectónicas para cada uno de
los escenarios pues de la misma forma se describió a las diferentes herramientas
creadoras de imágenes que nos brindaran ilustraciones que cumplieran con los
elementos necesarios para cada módulo. De esta forma, se brindan diferentes ideas de
diseños para poder implementarlos ya en el ‘udlaverso’. Fue muy enriquecedora ya que
nos permite poder analizar y mejorar cada uno de los diseños ya planteados en papel y
lápiz.
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Figura 4. Imágenes generadas por la IA de los elementos necesarios para cada escenario
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Nota. Imágenes creadas. Fuente: ChatGpt-4.
En esta sección se diseñó el diagrama de casos de uso para el óptimo flujo que
tendrá cada una de las acciones en los diferentes escenarios. Se presenta un ejemplo
en donde hay una interacción entre docente y estudiante ya que es donde se evaluará
el concepto de la inercia. En este claro modelo de casos de uso, se muestra en detalle
la acción del estudiante para ser evaluado por el docente, ya que este debe poder
manipular el robot para que cumpla con una serie de retos en donde pondrá a prueba
la inercia.
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Figura 5. Diagrama de casos de uso del proceso de inercia
Por otra parte, se evidencia a continuación la especificación del caso de uso que
tomamos de ejemplo anteriormente, aquí se podrá detallar detenidamente cada uno
de los aspectos a tener en cuenta al momento de llevar estas acciones al módulo.
Gracias a esto, se podrá interpretar mejor lo que hay que hacer al momento de entrar
a manipular cada elemento en este escenario.
Tabla 10. Formato de especificación de casos
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Nota. Especificación del caso de uso “controlar Robot”. Fuente: elaboración propia.
Resultados de la Fase de elaboración
Para poder entrar al entorno de aprendizaje de las leyes de Newton, se debe
hacer uso de plataformas que sirven de visor para el metaverso, en este caso se hace
uso de Firestorm, el cual se debe de descargar como se muestra en la figura 4.6. A
continuación el link de descarga: https://www.firestormviewer.org/.
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Figura 6. Procedimiento de descarga e instalación
a) Dar clic en downloads b) Dar clic en Open Simulator
c) Elegir tu sistema operativo d) Clic en los bits de tu sistema operativo
e) Descargar iniciada f) Clic en el programa ya descargado
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g) Seleccionar lenguaje y clic en “Ok” h) Aceptar términos y condiciones
Nota. Paso a paso para la descarga e instalación del firestorm. Fuente: sitio web oficial de
Firestorm (https://www.firestormviewer.org).
Escenarios generales:
Las figuras 4.7 a 4.15 presentan una visión general de los escenarios desarrollados
para el aprendizaje de las Leyes de Newton. Cada uno de estos escenarios está diseñado
para abordar conceptos clave específicos, proporcionando una estructura interactiva e
inmersiva que facilita la comprensión de los principios físicos. Ya en cada una de las
ilustraciones se podrá ver cómo están distribuidos cada módulo. En la siguiente figura
se evidencia el edificio en forma triangular, así como su puerta con sensor en el tapete
para hacer el ingreso más fácil para el usuario. A los lados tenemos una especie de cerca
para evitar que los estudiantes se desvíen del camino. Vale aclarar que en toda la isla
habrá diferentes teleportes por si hay inconvenientes en encontrar la entrada al
edificio. Cada uno de estos está programado para llevarlos al sitio correspondiente para
el ingreso.
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Figura 7. Vista de la entrada principal
Para dar un ejemplo de codificación se evidencia a continuación un script el cual
es el que abre la puerta automáticamente cada vez que se pise el tapete.
Área de video:
Al haber entrado a mano derecha se podrá encontrar una especie de auditorio el
cual está equipado con script para que el avatar se pueda sentar y ver el video de
retroalimentación en la pantalla de al frente. De esta forma se hace sentir la sensación
de que los estudiantes están inversos en el ‘udlaverso’.
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Figura 8. Área de video en el escenario uno.
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Área de Teleports:
En este mismo escenario 1, se podrá encontrar a mano izquierda la sección de
Teleports, estos son los encargados de poder teletransportar a cada uno de los avatares
a cualquiera de los escenarios que prefieran interactuar. Tienen aspecto brillante para
así captar la atención de cada uno de los usuarios que estén navegando en el módulo.
Figura 9. Zona de teleports escenario uno
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Así como anteriormente se mostraron ejemplos de los scripts, aquí podremos
observar la estructura del programa para teletransportar un avatar.
Escenario dos (2) primera ley de Newton:
Ya para este escenario se contará con una actividad capaz de poder conocer de
forma didáctica la inercia, es por ello habrá una bola roja, la cual al ser manipulada por
el usuario mostrará en un elemento de color amarillo la velocidad con que se está
137
desplazando. Además, un botón rojo permite restablecer la posición de la esfera,
brindando la posibilidad de repetir el ejercicio cuantas veces sea necesario. Finalmente,
se cuenta con una sección de teleportes para facilitar el traslado a otros escenarios.
Figura 10. Zona de enseñanza de la primera ley de newton
Nota. Zona de práctica del escenario 2 todo basado en la primera ley de Newton. Fuente:
elaboración propia.
Se evidencia un ejemplo de script para poder mostrar la velocidad de la esfera:
float intervalo = 0.5; // Intervalo de actualización en segundos
integer canal = -5555; // Canal compartido entre la esfera y el cubo
default
{
state_entry()
{
// Activar la física para que la esfera se mueva libremente
llSetStatus(STATUS_PHYSICS, TRUE);
// Comenzar un bucle que actualizará la velocidad en tiempo real
llSetTimerEvent(intervalo);
}
timer()
{
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// Obtener la velocidad actual de la esfera
vector velocidad = llGetVel();
float velocidadMagnitud = llVecMag(velocidad);
// Enviar la velocidad al cubo (pantalla) en el canal compartido
llRegionSay(canal, (string)velocidadMagnitud);
}
// Otras funciones que ya tienes en el script, como listen y touch_start
}
Zona de practica segunda ley de Newton:
En este escenario tres (3) se desarrollará la segunda ley de newton que hace
referencia a que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza
neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa. Es por ello por lo que
habrá un botón de color azul celeste en donde podrá el usuario ajustar la masa de la
esfera y en el objeto amarillo ver cómo cambia su velocidad. Así mismo habrá un botón
rojo en donde podrá reiniciar el ejercicio. Por último, habrá una sección de teleportes.
Figura 11. Zona de enseñanza de la segunda ley de newton
Nota. Zona de práctica del escenario 3 todo basado en la segunda ley de Newton. Fuente:
elaboración propia.
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A continuación, se evidencia un ejemplo para poder reiniciar el juego:
integer canal = -1111; // Canal por donde se enviará el mensaje a la esfera
default
{
touch_start(integer total_number)
{
// Enviar un mensaje en el canal compartido para que la esfera vuelva a su
posición inicial
llRegionSay(canal, "regresar");
}
}
Zona de practica Tercera ley de Newton:
El escenario 4 está diseñado para ilustrar la Tercera Ley de Newton. En este
espacio, los usuarios pueden observar cómo, al empujar un cubo, este devuelve una
fuerza equivalente en dirección opuesta, ejemplificando el principio de que "para cada
acción, existe una reacción igual y opuesta." Además, el sistema muestra en tiempo real
las fuerzas de acción y reacción actuando sobre el cubo, proporcionando una
visualización clara y directa de estos conceptos físicos. Por último, habrá una sección
de Teleports.
Figura 12. Zona de enseñanza de la tercera ley de newton
Nota. Zona de práctica del escenario 4 todo basado en la tercera ley de Newton. Fuente:
elaboración propia.
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A continuación, se evidencia un script de ejemplo para mostrar la acción y
reacción:
vector start_pos; // Variable para almacenar la posición inicial
default
{
state_entry()
{
start_pos = llGetPos(); // Guarda la posición inicial
llSetStatus(STATUS_PHYSICS, TRUE); // Activa la física del objeto
llCollisionSound("", 0.0); // Desactiva el sonido de colisión por defecto
}
collision_start(integer total_number)
{
vector vel = llGetVel();
// Si la velocidad es muy baja, ignoramos el impacto
if(llVecMag(vel) < 0.1) return;
// Calculamos la dirección del impacto y fuerza base del impacto
vector impact_dir = llVecNorm(vel);
float impact_force = llVecMag(vel) * llGetMass();
// Si el objeto se desplaza hacia adelante, invertimos la dirección de reacción
vector reaction;
if (llGetPos().x > start_pos.x) // Comprobamos si la posición x es mayor que
la inicial
{
reaction = -impact_dir * impact_force * 2.0; // Multiplicador ajustable
}
else
{
reaction = impact_dir * impact_force * 2.0;
}
// Aplicamos la fuerza de reacción
llSetForce(reaction, FALSE);
141
// Mostramos los valores de acción y reacción
string msg = "Impacto: " + (string)llRound(impact_force) + "N\n";
msg += "Reacción: " + (string)llRound(llVecMag(reaction)) + "N\n";
msg += "Velocidad: " + (string)llRound(llVecMag(vel) * 10) + " m/s";
llSetText(msg, <1,0,0>, 1.0);
// Limpiamos el texto y eliminamos la fuerza aplicada tras 2 segundos
llSetTimerEvent(2.0);
}
timer()
{
llSetText("", ZERO_VECTOR, 0.0);
llSetTimerEvent(0.0);
llSetForce(ZERO_VECTOR, FALSE); // Eliminamos la fuerza continua
}
touch_start(integer total_number)
{
// Reseteamos el objeto a su posición inicial y eliminamos cualquier fuerza o
velocidad aplicada
llSetPos(start_pos);
llSetText("", ZERO_VECTOR, 0.0);
llSetForce(ZERO_VECTOR, FALSE);
llSetVelocity(ZERO_VECTOR, FALSE);
llSetAngularVelocity(ZERO_VECTOR, FALSE);
}
}
Zona de evaluación primera ley de Newton:
El escenario cinco (5) es una zona de evaluación dedicada a la Primera Ley de
Newton, diseñada para que los usuarios pongan a prueba sus conocimientos en un
entorno controlado. En este espacio, los usuarios disponen de varios elementos
interactivos, como un botón rosado que activa o desactiva un portal y una consola de
control con botones de diferentes colores: el botón amarillo dirige el robot hacia la
derecha, el verde hacia adelante, el azul hacia la izquierda, el rojo hacia atrás y el
blanco reinicia su posición. Además, el usuario puede ajustar la velocidad del robot
142
utilizando botones con signos de más y menos para incrementarla o disminuirla,
respectivamente.
El objetivo es guiar al robot hasta el portal en un máximo de dos minutos; si no
logra alcanzarlo en este tiempo, el robot desaparecerá y el ejercicio se considerará
fallido. Este escenario permite evaluar la comprensión de la Primera Ley de Newton
mediante una experiencia práctica y desafiante. Finalmente, este escenario incluye una
sección de teleportes para facilitar la navegación entre diferentes áreas.
Figura 13. Escenario de evaluación primera ley de newton
Nota. Zona de evaluación del escenario 5 todo basado en la primera ley de Newton.
Fuente: elaboración propia.
A continuación, se evidencia un ejemplo para cambiar la velocidad del robot:
integer canalVelocidad = -5557; // Canal específico para ajustar la velocidad
float velocidad = 0.2; // Velocidad inicial (se comparte con el script de dirección)
default
{
state_entry()
{
llListen(canalVelocidad, "", NULL_KEY, ""); // Escucha los comandos de
velocidad
}
143
listen(integer channel, string name, key id, string message)
{
if (message == "aumentar_velocidad")
{
velocidad += 0.1; // Incrementa la velocidad
}
else if (message == "disminuir_velocidad")
{
velocidad -= 0.1; // Decrementa la velocidad
if (velocidad < 0.1) velocidad = 0.1; // Establece un límite mínimo
}
}
}
Zona de evaluación segunda ley de Newton:
En el escenario seis (6) el cual es zona de evaluación segunda ley de Newton, los
usuarios encontrarán una rampa que presenta el desafío de ajustar la velocidad del
robot para que pueda subirla correctamente. Para controlar este aspecto, se dispone
de botones con signo más y menos, que permiten incrementar o reducir la velocidad del
robot según sea necesario. Un botón rojo está diseñado para pausar y reiniciar el
movimiento del robot, mientras que un botón blanco reinicia el escenario completo,
permitiendo repetir la actividad desde el inicio.
Este escenario ofrece una práctica aplicada del control de movimiento en
pendientes. Por último, cuenta con sección de teleportes.
144
Figura 14. Escenario de evaluación segunda ley de newton
Nota. Zona de evaluación del escenario 6 todo basado en la segunda ley de Newton.
Fuente: elaboración propia.
A continuación, se evidencia un ejemplo para la dirección del robot:
integer canal = -7777; // Canal compartido para dirección
float velocidad = 0.2; // Velocidad inicial
default
{
state_entry()
{
llListen(canal, "", NULL_KEY, ""); // Escucha los comandos de dirección
}
listen(integer channel, string name, key id, string message)
{
vector movimiento;
if (message == "adelante")
{
145
movimiento = <velocidad, 0, 0>; // Mueve hacia adelante
}
else if (message == "atras")
{
movimiento = <-velocidad, 0, 0>; // Mueve hacia atrás
}
else if (message == "izquierda")
{
movimiento = <0, velocidad, 0>; // Mueve hacia la izquierda
}
else if (message == "derecha")
{
movimiento = <0, -velocidad, 0>; // Mueve hacia la derecha
}
// Aplica el movimiento si es un comando de dirección
if (message == "adelante" || message == "atras" || message == "izquierda" ||
message == "derecha")
{
llSetPos(llGetPos() + movimiento);
}
}
}
Zona de evaluación tercera ley de Newton:
Finalmente, el escenario siete (7) constituye la zona de evaluación para la
Tercera Ley de Newton. En este espacio, se ha dispuesto un puente con el robot
posicionado entre dos paredes. El objetivo es que el robot empuje la pared frontal, lo
que generará una fuerza de reacción en la pared trasera que lo empujará hacia adelante
con la misma intensidad, permitiéndole avanzar y cruzar el puente. Esta actividad
brinda una experiencia práctica para que los usuarios comprendan y apliquen el
principio de acción y reacción.
146
Figura 15. Escenario de evaluación tercera ley de newton
Nota. Zona de evaluación del escenario 7 todo basado en la tercera ley de Newton. Fuente:
elaboración propia.
A continuación, se evidencia un ejemplo para subir la rampa:
default
{
state_entry()
{
llListen(canalRegreso, "", NULL_KEY, ""); // Escucha el comando de
regreso/iniciar
llListen(canalPausa, "", NULL_KEY, ""); // Escucha el comando de
pausa/continuación
llListen(canalAumentarVelocidad, "", NULL_KEY, ""); // Escucha el comando
para aumentar velocidad
llListen(canalDisminuirVelocidad, "", NULL_KEY, ""); // Escucha el comando
para disminuir velocidad
llSetTimerEvent(0); // Inicia el temporizador apagado
}
listen(integer channel, string name, key id, string message)
{
// Comando de regreso/iniciar
if (channel == canalRegreso && message == "regresar")
147
{
if (enMovimiento || enPausa)
{
// Si está en movimiento o en pausa, regresa al origen y se detiene
llSetPos(posicionInicial);
enMovimiento = FALSE;
enPausa = FALSE;
llSetTimerEvent(0); // Detener el temporizador
llSay(0, "El robot ha regresado a la posición inicial y está detenido.");
haPasadoRampa = FALSE; // Reinicia el estado de la rampa
}
else
{
// Si está detenido, comienza a moverse hacia la rampa
enMovimiento = TRUE;
llResetTime(); // Reinicia el temporizador de tiempo límite
llSetTimerEvent(0.1); // Activa el temporizador para movimiento
llSay(0, "El robot ha sido reiniciado y comenzará a moverse.");
}
return;
}
Elementos importantes de cada escenario:
Los elementos de cada escenario, que se pueden observar en las figuras 8, han
sido diseñados específicamente para facilitar la comprensión práctica de las Leyes de
Newton mediante interacciones directas. Cada escenario incluye componentes como
esferas, rampas y superficies de diferentes texturas y materiales, que permiten
experimentar con conceptos como la inercia, la aceleración y el principio de acción-
reacción. Además, estos elementos son ajustables, lo que posibilita modificar variables
como la masa, la fuerza aplicada y la fricción, permitiendo a los usuarios observar los
efectos en tiempo real.
148
Figura 16. Elementos de cada escenario
a) Zona de retroalimentación (escenario 1) b) Teleportes para ir a cada
escenario (escenario 1)
Teleportes para cada uno de los escenarios (escenario 2) d) Velocidad esfera
(escenario 2)
149
e) Botón para activar obstáculo (escenario 2) f) Botón de reinicio (escenario 2)
g) Esfera de movimiento (escenario 2) h) Obstáculo(escenario 2)
150
i) Velocidad de la esfera (escenario 3) j) Botón de ajuste masa de la
esfera (escenario 3)
k) Teleportes escenario 3 l) Reiniciar esfera (escenario 3)
151
m) Cubo acción y reacción (escenario 4) n) Teleportes escenario 4
ñ) Botones control robot (escenario 5) o) Aumento y diminución velocidad robot
(escenario 5)
p) Teleportes (escenario 5) q) Robot (escenario 5)
152
r) Portal (escenario 5) s) Botón para activar o desactivar el portal
(escenario 5)
t) Botones para pausar, reiniciar, reanudar, aumentar fuerza y velocidad,
disminuir fuerza y velocidad. (escenario 6)
u) Robot (escenario 6) v) Rampa (escenario 6)
153
w) Teleportes (escenario 6) x) Puente y robot con sus muros (escenario 7)
y) Teleportes (escenario 7) z) Muestra de la acción y reacción (escenario 7)
Nota. Elementos necesarios e importantes para llevar a cabo el objetivo de enseñar y
aprender las leyes de Newton. Fuente: elaboración propia.
Evaluación heurística:
Se desarrolló un cuestionario en Google Forms para que cada persona involucrada
en el proyecto realizara una evaluación subjetiva de cada escenario, teniendo en cuenta
los siguientes criterios: visibilidad del estado del sistema, correspondencia entre el
sistema y la realidad, libertad y control del usuario, consistencia y estándares,
prevención de errores, reconocimiento en lugar de recuerdo, flexibilidad y eficiencia
en el uso, diálogos estéticos y diseño minimalista, asistencia del sistema para reconocer,
diagnosticar y recuperar errores, y disponibilidad de ayuda y documentación. A
continuación, se presentan los resultados obtenidos en cada figura. En la figura 17 se
evidencia la evaluación del escenario uno (1) con un promedio básico, se debe aclarar
154
que para el momento de la ponderación hacía falta ajustes que para la terminación del
libro ya se han realizado.
Figura 17. Evaluación Escenario 1
Nota. Evaluación del escenario uno (1) por parte de cada una de las personas involucradas.
Fuente: elaboración propia.
En la figura 18 se evidencia la evaluación del escenario 2 con un promedio básico,
se debe aclarar que para el momento de la ponderación hacía falta ajustes que para la
terminación del libro ya se han realizado.
Figura 18. Evaluación escenario dos
155
Nota. Evaluación del escenario dos por parte de cada una de las personas involucradas.
Fuente: elaboración propia.
En la figura 19 se evidencia la evaluación del escenario 3 con un promedio básico,
se debe aclarar que para el momento de la ponderación hacía falta ajustes que para la
terminación del libro ya se han realizado.
Figura 19. Evaluación escenario tres
Nota. Evaluación del escenario tres por parte de cada una de las personas involucradas.
Fuente: elaboración propia.
En la figura 20 se evidencia la evaluación del escenario 4 con un promedio básico,
se debe aclarar que para el momento de la ponderación hacía falta ajustes que para la
terminación del libro ya se han realizado.
156
Figura 20. Evaluación escenario cuatro
Nota. Evaluación del escenario cuatro por parte de cada una de las personas involucradas.
Fuente: elaboración propia.
En la figura 21 se evidencia la evaluación del escenario 5 con un promedio básico,
se debe aclarar que para el momento de la ponderación hacía falta ajustes que para la
terminación del libro ya se han realizado.
Figura 21. Evaluación escenario Cinco
Nota. Evaluación del escenario Cinco por parte de cada una de las personas involucradas.
Fuente: elaboración propia.
157
En la figura 22 se evidencia la evaluación del escenario seis con un promedio
básico, se debe aclarar que para el momento de la ponderación hacía falta ajustes que
para la terminación del libro ya se han realizado.
Figura 22. Evaluación escenario seis
Nota. Evaluación del escenario seis por parte de cada una de las personas involucradas.
Fuente: elaboración propia.
En la figura 23 se evidencia la evaluación del escenario 7 con un promedio básico,
se debe aclarar que para el momento de la ponderación hacía falta ajustes que para la
terminación del libro ya se han realizado.
Figura 23. Evaluación escenario Siete
Nota. Evaluación del escenario Siete por parte de cada una de las personas involucradas.
Fuente: elaboración propia.
158
Conclusiones
En la investigación realizada, uno de los desafíos principales específicos para los
estudiantes es la dificultad en relacionarse con los conceptos abstractos detrás de las
leyes de Newton. Los hallazgos llevaron a la conclusión de que las simulaciones visuales
y las actividades prácticas en los módulos interactivos son fundamentales al momento
de intentar simplificar la comprensión entorno a los principios básicos antes
mencionados, la inercia, fuerza y reacción. Aplicaciones creadas específicamente para
convertir los conceptos en experiencias, a través de un proceso de aprendizaje activo y
útil.
Tanto aprendices como profesionales resaltaron en las entrevistas efectuadas, la
significancia de disponer de la opción de modificar elementos esenciales como masa,
fuerza y aceleración en el entorno de simulaciones. Este descubrimiento enfatiza la
importancia de crear un sistema flexible y controlable, que posibilite apreciar en tiempo
real como estas modificaciones influyen en la implementación de las leyes de Newton.
La flexibilidad de estas capacidades contribuye a una comprensión más profunda y
practica al facilitar a los usuarios el análisis directo de los efectos de cada variable en
el comportamiento de los objetos simulados.
El desarrollo del diagrama de clases fue necesario para la estructuración y
esquematización de los elementos principales del sistema. Esto permitió que los
atributos y funciones que cada parte del entorno virtual debía tener fueran precisos en
relación con un diseño organizado para fines educativos. También sirvió como guía para
confirmar si se había logrado la operatividad y la unidad en la diversidad del sistema
para sentar una base sólida en relación con la creación de cualquier entorno virtual
productivo.
La evaluación de los diagramas de implementación y de los de caso de uso, puso
de manifiesto la urgente necesidad de disponer una arquitectura avanzada que pudiera
llevar a cabo simulaciones en tiempo real y que sean interacciones sencillas e intuitivas
para el usuario. Por tal motivo se llevó a cabo la creación de un sistema robusto y eficaz
que se adaptara de forma dinámica a las modificaciones introducidas en la simulación
159
sin menoscabar su rendimiento. El diseño fue capaz de ofrecer una experiencia
interactiva y envolvente y responder a ella para promover el aprendizaje solo basándose
en la exploración. Durante el desarrollo, pudimos utilizar todo lo que planeamos,
incluidas funciones que permiten a los usuarios ver los principios de las leyes de Newton
en situaciones reales y tangibles. Esta clasificación no solo nos ayudó a lograr los
objetivos originales del proyecto, sino que también nos permitió identificar áreas y
funciones a mejorar en relación con otras cosas, especialmente para un uso mejor y más
eficiente. Además, probamos el rendimiento bajo diferentes niveles de carga durante
el desarrollo, lo que nos permitió mejorar la velocidad y mejorar las características del
módulo.
Gracias a estos esfuerzos, pudimos crear una unidad sólida, estable y
completamente funcional, lista para ser instalada en entornos educativos. Este proyecto
no sólo representa un hito importante, sino que también sienta las bases para el
crecimiento futuro en otras áreas de la ciencia. Los experimentos han demostrado ser
una herramienta poderosa para probar ideas complejas y estamos entusiasmados de
ampliar su alcance en un futuro próximo, llevando estas innovaciones a nuevas áreas
del conocimiento.
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