Generación Semiautomática de Animaciones de Programas Funcionales con Fines Educativos

Abstract

En esta tesis doctoral presentamos un modelo para la generación de animaciones de programas funcionales. Los puntos clave de este modelo son su simplicidad, el poco esfuerzo que los usuarios deben dedicar a la construcción de las animaciones y las ventajas de su uso educativo.

Las animaciones de programas son visualizaciones dinámicas de su comportamiento. Una de las ventajas más importantes que aportan las tecnologías de visualización es ayudar a la formación de modelos mentales, más aún si lo que se visualiza es un concepto abstracto. Los conceptos que los alumnos deben aprender sobre programación funcional son totalmente abstractos; por lo tanto, las animaciones de programas funcionales ayudarán a los estudiantes a comprender su funcionamiento, facilitando su aprendizaje.

El modelo de construcción propuesto se compone de un conjunto de tareas, unas automatizables y otras manuales, por ello es un proceso semiautomático. Su simplicidad y el poco esfuerzo necesario se consiguen automatizando al máximo el proceso, y haciendo que las tareas donde se necesita la intervención del usuario sean lo más sencillas posibles.

La visualización de programas y algoritmos no es un campo nuevo, tiene más 35 años. Sin embargo, el uso educativo de las visualizaciones se ha basado durante bastante tiempo en la creencia, sin respaldo empírico, de su eficacia como herramientas pedagógicas. Actualmente, existen resultados que muestran beneficios pedagógicos en el uso de las animaciones en situaciones concretas. Desde un punto de vista general, coge fuerza la idea de que las animaciones ayudan en el aprendizaje si se utilizan de forma activa, no como meras herramientas de consulta. Por ello centramos nuestro interés en el uso educativo de la construcción de animaciones.

Los trabajos presentados utilizan un modelo ya existente de ejecución, visualización y animación de programas funcionales. Aunque proporcionan ventajas tecnológicas destacables, dichos modelos no han podido demostrar su aportación en el ámbito educativo.

Diseñando un proceso de construcción de animaciones simple y que requiera poco esfuerzo, permitiremos que los estudiantes centren su atención en las tareas educativas, p.ej., producción de animaciones representativas del comportamiento del programa. Esta es la base para hacer de la construcción de animaciones una herramienta que mejore el aprendizaje.

El proceso de construcción se basa en la selección de los distintos fotogramas que componen la animación. Cada fotograma es la visualización estática de un estado de la ejecución del programa. Como la animación representará la ejecución del programa, nos hemos centrado en ofrecer una visión global de dicha ejecución mostrando tantas visualizaciones como se pueda. Para ello reducimos las visualizaciones estáticas manteniendo su comprensión por parte del usuario. Las versiones reducidas son de gran calidad gracias a la inclusión de nuevas características en las visualizaciones y a un algoritmo de reducción de imágenes eficaz y eficiente. Por otro lado, proporcionaremos al usuario la posibilidad de tener más detalles sobre una visualización en concreto sin perder la información contextual de la ejecución del programa. Esto lo conseguimos diseñando una nueva técnica de visualización de información llamada R-Zoom, que permite al usuario ver detalles de visualizaciones manteniendo el contexto, de forma eficaz, eficiente y satisfactoria. Como resultado final, el proceso de construcción en sí requiere poco esfuerzo, con lo que permitiremos a los estudiantes centrar su atención en las tareas educativas.

Para situarnos en una posición realista, hemos mejorado las animaciones tanto en su utilización -ahora son recursos utilizables vía Web- como en sus contenidos -añadiendo explicaciones textuales que complementarán las representaciones gráficas-. También hemos creado un modelo para la gestión de colecciones de estas animaciones. Para poder detectar realmente las aportaciones pedagógicas de este modelo de construcción, lo hemos comparado con una metodología típica sin uso de animaciones y otra que sólo las usa como material de consulta. Los resultados muestran que el uso de animaciones -consultándolas o construyéndolas- mejora los resultados académicos de los estudiantes, pero que la construcción de animaciones motiva mucho más a los estudiantes en relación con la asignatura donde se usan.

En conclusión, proponemos la construcción de animaciones de programas funcionales con nuestro modelo como tarea educativa, complementada con la disponibilidad de colecciones de animaciones para su consulta.