edsEduSolEduSol1729-8091Universidad de Guantánamo00003Artículo originalRealidad aumentada en enseñanza de motores de combustión interna: Una experiencia con estudiantes universitarios ecuatorianos0000-0002-3150-9083Cárdenas YánezRodrigo Andrés1*0000-0002-2563-6633Gavilanes LópezWilma Lorena1 Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Ecuador.Pontificia Universidad Católica del EcuadorPontificia Universidad Católica del EcuadorEcuador
Autor para la correspondencia:racardenas1@pucesa.edu.ec
Los autores declaran que no existen conflictos de intereses.
05102023Oct-Dec202323852944220320231204202310062023Este es un artículo publicado en acceso abierto bajo una licencia Creative CommonsRESUMEN
El artículo propone explorar el uso de la realidad aumentada como una estrategia efectiva para la enseñanza de los motores de combustión interna. Proporciona una visión general de los fundamentos de la realidad aumentada, destaca los beneficios potenciales de su implementación en el contexto educativo y presenta una propuesta de estructura para diseñar una experiencia de aprendizaje inmersiva y efectiva sobre los motores de combustión interna. Se manejó un enfoque mixto de tipo descriptivo mediante la armonización de métodos cualitativos y cuantitativos como la revisión bibliográfica, el análisis y síntesis y la encuesta.
Palabras clave:Realidad aumentadaMotores de combustión InternaEstrategia de enseñanzaElementos virtualesExperiencia de aprendizajeIntroducción
En la sociedad actual, los motores de combustión interna desempeñan un papel crucial en diversas áreas de nuestra vida cotidiana. Desde el transporte terrestre, con la amplia presencia de automóviles y vehículos de carga, hasta la generación de energía en plantas industriales, los motores de combustión interna son fundamentales para impulsar el desarrollo y el funcionamiento de nuestra sociedad.
La importancia de comprender el funcionamiento de los motores de combustión interna radica en su aplicación práctica en múltiples campos. Estos motores son altamente eficientes en la transformación de energía química en energía mecánica, lo que los convierte en la opción preferida para diversas aplicaciones. Sin embargo, enseñar de manera efectiva los principios y conceptos detrás de los motores de combustión interna puede ser un desafío considerable.
En la enseñanza de los motores de combustión interna, los educadores se enfrentan a obstáculos tales como la complejidad de los procesos internos, la dificultad para visualizar y comprender los componentes en funcionamiento, y la necesidad de una interacción práctica para un aprendizaje más significativo. Además, la enseñanza tradicional basada en manuales y diagramas bidimensionales puede resultar abstracta y poco atractiva para los estudiantes, lo que dificulta su compromiso y comprensión profunda del tema, resulta pertinente, entonces proceder tomando en consideración la necesidad de que los estudiantes de formación profesional, como es el caso que estamos considerando, sean instruidos de manera práctica en este asunto.
Es en el contexto anteriormente descrito que surge la Realidad aumentada (en lo adelante RA) como una tecnología prometedora para abordar estos desafíos en la enseñanza de los motores de combustión interna. La RA combina el mundo real con elementos virtuales, permitiendo la superposición de información digital sobre el entorno físico. Esta integración crea una experiencia inmersiva que mejora la comprensión y facilita la visualización de los complejos procesos que ocurren dentro de un motor de combustión interna.
Al utilizar la RA como herramienta educativa, los docentes pueden presentar modelos 3D interactivos de motores de combustión interna, permitiendo a los estudiantes explorar y manipular los componentes virtuales en tiempo real. Esto les brinda una experiencia práctica y tangible, facilitando la comprensión de los principios y mecanismos involucrados, pues la RA los provee del acceso a contenidos multimedia de mucha riqueza, variedad y significación y les facilita, un contexto relevante y con el que se interactúa de manera inmediata. Esta retroalimentación inmediata y personalizada ofrecida por la RA permite a los estudiantes aprender de sus errores y mejorar su comprensión en tiempo real.
A partir de lo referido el trabajo desarrollado se propuso como objetivo el análisis valorativo de la efectividad de la realidad aumentada como estrategia de enseñanza para mejorar el aprendizaje de los motores de combustión interna en estudiantes.
Desarrollo
La RA es una tecnología que combina el mundo real con elementos virtuales, generando una experiencia en la que objetos digitales se superponen y se integran en el entorno físico. A través de dispositivos como smartphones, tabletas o gafas especiales, los usuarios pueden percibir y manipular información digital en tiempo real mientras interactúan con el mundo real. La RA mejora la percepción sensorial y proporciona una capa adicional de información visual, sonora o táctil que enriquece la experiencia y amplía las posibilidades de interacción con el entorno.
Es en la década de los 90, cuando aparece la RA en el mundo científico, en ese momento la tecnología estaba enfocada en computadoras de procesamiento rápido, en el renderizado de gráficos en tiempo real y en sistemas de seguimiento de precisión portables, lo que permitía combinar imágenes generadas por computadora con la visión del mundo real (Basogain; Olabe; Espinosa y Rouèche, 2010).
En la década de los 80 los entornos cinematográficos instrumentan conceptos básicos de la RA a través de efectos y textos superpuestos al entorno, vistos desde los escaneos que realizaban los protagonistas (Gómez; Rodríguez y Marín, 2020). Sin embargo, fue a partir de los años 90 que los sistemas comenzaron a usar la concepción actual de la RA.
En el campo educativo la RA es muy pertinente debido a sus numerosos beneficios y potencial para mejorar la experiencia de enseñanza y aprendizaje, es así como (Blázquez, 2017) plantea que los múltiples usos de la RA en el espacio educativo son vastos y variados y abarcan los diferentes niveles de la educación aplicándose a las necesidades de docentes y alumnos, es esencial enfocarse en los objetivos que se desean alcanzar al utilizar esta tecnología. La RA debe ser considerada como un recurso para mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje.
La RA es una estrategia capaz de proporcionar una experiencia de aprendizaje más inmersiva que la enseñanza tradicional. Al permitir que los estudiantes interactúen con objetos y escenarios virtuales en su entorno real, la RA ofrece una sensación de inmersión y participación activa en el aprendizaje que propicia una experiencia de aprendizaje completa y envolvente, basada en la idea de aprender de manera participativa, a través de la interacción directa con el contenido y la promoción de una comprensión más profunda y duradera, en este contexto de RA, el aprendizaje inmersivo implica el uso de esta tecnología para crear entornos educativos, donde se pueda explorar, experimentar y resolver problemas de manera práctica y contextualizada.
En este orden de cosas la RA como herramienta didáctica que favorece la mejora de la experiencia de aprendizaje involucra la interacción hombre-máquina al implicar la comunicación y el intercambio de información entre el estudiante y los elementos virtuales generados por la tecnología. Esto puede incluir gestos, movimientos, comandos de voz o interacciones táctiles que permiten al alumno interactuar y controlar los objetos digitales superpuestos en el entorno de enseñanza aprendizaje, esto implica una interacción fluida e intuitiva entre el estudiante y la tecnología es fundamental para una experiencia efectiva y satisfactoria de RA que puede posibilitar intercambios como el descrito por (Nájera, 2009) cuando refiere “una experiencia prehistórica donde se exhiben fósiles o libros para niños que muestren escenas tridimensionales en lugar de fotografías y dibujos planos o conversaciones en el salón de clase con personajes “traídos virtualmente” del pasado” (p.11).
Estos conceptos clave - RA, aprendizaje inmersivo e interacción hombre-máquina- son fundamentales para comprender cómo la RA puede transformar el proceso educativo al proporcionar experiencias de aprendizaje más atractivas, prácticas y significativas. Al combinar elementos virtuales con el mundo real, la RA amplía las posibilidades de interacción y enriquece la forma en que los estudiantes exploran y comprenden conceptos complejos, como los motores de combustión interna, generando así un impacto positivo en su educación.
En la literatura revisada sobre el uso de la RA en educación se ha reconocido su potencial transformador y su capacidad para mejorar la calidad y efectividad del proceso educativo. A nivel mundial, numerosos estudios y publicaciones académicas respaldan el uso de la RA como una herramienta pedagógica innovadora. Algunos de los hallazgos y planteamientos clave que se han identificado connotan la mejora de la motivación y el compromiso dado que la RA ha demostrado ser altamente motivadora para los estudiantes, ya que crea una experiencia de aprendizaje atractiva y envolvente. La integración de elementos virtuales en el entorno real despierta la curiosidad y el interés, lo que conduce a un mayor compromiso y participación de los estudiantes en el proceso de aprendizaje (Marín; Cabero y Gallego, 2018).
Existen investigaciones sobre el rol de la RA en el proceso formativo en general y de enseñanza aprendizaje en particular que han podido constatar que los apuntes en clases de los estudiantes que se enriquecen con objetos de RA despiertan significativamente la motivación de los estudiantes, tanto de forma general como en la atención, la confianza, la relevancia y la satisfacción (Marín; Cabero y Gallego, 2018).
Otro aspecto importante es que esta herramienta facilita la comprensión de conceptos abstractos y permite visualizar y manipular objetos virtuales en el mundo real. Al poder interactuar con modelos tridimensionales y observar procesos en tiempo real, los estudiantes pueden adquirir una comprensión más profunda y significativa de los temas estudiados.
La RA ofrece la posibilidad de crear entornos de aprendizaje colaborativos, donde los estudiantes pueden trabajar juntos, compartir información y resolver problemas de manera conjunta. Esta interacción social promueve la construcción colectiva del conocimiento y fortalece las habilidades de trabajo en equipo, a este respecto resulta relevante la idea defendida por autores como (Cabero, 2018) cuando afirma que el desafío para las universidades, reside entre otras cosas, en rediseñar sus matrices formativas con el propósito de “el incremento progresivo en la actividad docente de la utilización de los recursos educativos electrónicos que combinen diferentes aproximaciones más creativas y colaborativas”(p. 2)
En cuanto al contexto concreto del Ecuador, aunque la literatura específica sobre el uso de la RA en la educación en este país puede ser limitada, se han llevado a cabo iniciativas y algunos proyectos que exploran el potencial de esta tecnología, En el contexto ecuatoriano, se ha observado un interés creciente por adoptar herramientas tecnológicas innovadoras en el ámbito educativo, y la RA ha sido reconocida como una alternativa prometedora para mejorar la calidad de la enseñanza y el aprendizaje (Castillo y Quimbita, 2023).
El desarrollo de tecnologías emergentes en la esfera educativa está generando una evolución significativa en la forma de enseñar en este sentido en el contexto ecuatoriano la RA es una tecnología que efectivamente contribuye a mejorar la comprensión de los contenidos curriculares, por lo que resulta necesario, implementar medidas que incluyan la provisión de recursos digitales en los centros educativos y la capacitación adecuada para que los docentes pueda instrumentar su uso (Aguirre; Guevara; Erazo y García, 2020).
Es importante destacar que la exploración en el ámbito de la RA en la educación continúa evolucionando, y se requiere más investigación empírica para comprender completamente su impacto y efectividad en diferentes contextos educativos, incluido Ecuador. Sin embargo, los planteamientos generales de la literatura existente respaldan la viabilidad y los beneficios potenciales de la RA como estrategia pedagógica.
Aguirre; Guevara; Erazo y García, 2020, confirman en su estudio “RA y educación en el Ecuador” que al realizar la investigación en este contexto el análisis y la sistematización bibliográfica arrojan cerca de 101000 resultados y documentos en el internet acerca de RA en educación” (p. 431)
A nivel internacional, se destaca, por ejemplo el estudio, "Augmented Reality-Based Interactive Learning Environment for Internal Combustion Engines" (Hongye, 2019) que propuso un entorno de aprendizaje interactivo basado en RA para enseñar los conceptos y procesos de los motores de combustión interna. Se desarrolló una aplicación de RA que permite a los estudiantes explorar y manipular componentes virtuales de un motor en tiempo real, proporcionando información adicional y visualización 3D para facilitar la comprensión.
Igualmente se ejecutó una investigación titulada "Design and Evaluation of a Mobile Augmented Reality Application for Automotive Engine Learning” la cual se centró en el diseño y la evaluación de una aplicación de RA para dispositivos móviles que enseñaba los principios de los motores de combustión interna. La aplicación facilita a los estudiantes visualizar y manipular modelos virtuales de motores y el acceso a información adicional y animaciones interactivas para pomoverr la comprensión (Martín, 2022).
El estudio "La trascendencia de la RA en la motivación estudiantil. Una revisión sistemática y meta-análisis" examinó la literatura científica y puso en claro que el uso de RA en las aulas mejora la motivación de los estudiantes. Los resultados mostraron un impacto positivo en los grupos experimentales, lo que sugiere que la incorporación de RA en el aula motiva a los estudiantes (Gómez; Rodríguez y Marín, 2020).
La investigación “Realidad virtual, aprendizaje inmersivo y RA: Casos de Estudio en Carreras de Ingeniería” examinó exhaustivamente el estado del arte y la implementación de realidad virtual, niveles de inmersión y RA, enfocándose específicamente en los procesos de enseñanza-aprendizaje de estudiantes universitarios de ingeniería. Las conclusiones de este estudio evidencian la existencia de múltiples oportunidades para aprovechar recursos y plataformas de libre acceso, en el contexto de asignaturas que se centran en prácticas intensivas.
Estas investigaciones han explorado el uso de la RA en la enseñanza de los motores de combustión interna. El campo de la RA aplicada a la educación es dinámico y en constante evolución.
Metodología para el desarrollo del estudio.
La metodología empleada se sostiene en un enfoque mixto de tipo descriptivo que se justifica por la comprensión completa y holística de los beneficios y la efectividad de la RA como estrategia didáctica para la enseñanza de motores de combustión interna. Al combinar métodos cualitativos y cuantitativos, se buscó complementar y enriquecer los hallazgos obtenidos, consiguiendo una visión más amplia y profunda del fenómeno de estudio.
El enfoque cualitativo se justifica por su capacidad para explorar y comprender en profundidad las experiencias, percepciones y opiniones de los participantes. Mediante él se pudo obtener información detallada sobre cómo los estudiantes interactúan con la RA y cómo influye en su comprensión de los motores de combustión interna. Además, este enfoque permitió capturar matices y factores contextuales en el abordaje de los resultados.
El enfoque cuantitativo se evidenció en el análisis de datos numéricos para realizar generalizaciones y establecer relaciones estadísticas. A través de una encuesta conformada por un cuestionario se obtuvieron datos sobre el rendimiento de los estudiantes, su nivel de comprensión y su satisfacción con la RA como estrategia didáctica. Esto proporcionó una base sólida para evaluar la efectividad de la intervención y establecer las correlaciones necesarias.
Al combinar ambos enfoques, se logró una triangulación de los datos, lo que aumentó la validez y la fiabilidad de los resultados, por abordar la complejidad del fenómeno de estudio desde múltiples perspectivas y tener una comprensión más completa de los efectos de la RA en la enseñanza de motores de combustión interna. Esto es especialmente relevante para la toma de decisiones educativas y la mejora de las prácticas pedagógicas.
Diseño del instrumento
Para la recogida de los datos se diseñó un cuestionario con preguntas de opción múltiple para evaluar aspectos como el nivel de comprensión, la motivación y la satisfacción de la percepción de los estudiantes sobre la RA como estrategia didáctica para la enseñanza en el aprendizaje de motores de combustión interna. La escala de repuesta es de carácter nominal y, donde 1 corresponde a muy bajo y 5 a muy alto.
El propósito fundamental con el que se planteó la investigación fue el diseño de una estrategia didáctica para la implementación de la RA en la enseñanza de motores de combustión interna.
Población y muestra
La población de partida de este estudio ha sido los 40 estudiantes matriculados en la Carrera de mantenimiento y Reparación de motores a Diesel y gasolina del Instituto Superior Universitario Cotopaxi; en este caso población y muestra coinciden lo significa que se fue utilizando un enfoque de investigación censal, es decir, se recopiló información de todos los miembros de la población en lugar de seleccionar una muestra representativa.
Se presentan a continuación, los datos más relevantes:
Ante la pregunta sobre el nivel de comprensión de los conceptos relacionados con los motores de combustión interna después de utilizar la RA, la mayoría de los estudiantes ha mostrado mejoras, gracias al uso de la RA, con un grupo significativo alcanzando un nivel alto (41,7%) de comprensión. Sin embargo, existe un porcentaje menor (2,8%) que no han experimentado un progreso significativo en sus conocimientos sobre el tema. La tecnología de RA parece ser una herramienta efectiva para mejorar la comprensión de los motores de combustión interna en el 36,1%, pero puede no ser igualmente efectiva para todos (19,4%). (Ver gráfico 1).
Nivel de comprensión de los conceptos relacionados con los motores de combustión interna después de utilizar la RA.
La descripción personal sobre el nivel de motivación para aprender sobre los motores de combustión interna utilizando la RA, reveló que el (61,10%) de los encuestados ha demostrado una alta (61,10%) y muy alta motivación (22,20%) para aprender utilizando la RA. Esto apunta a que esta herramienta ha sido efectiva para estimular el interés y la curiosidad en la mayoría, lo que ha llevado a una motivación significativa para aprender sobre el tema, aunque un pequeño porcentaje muestra niveles moderados (13,9%) o muy bajos (2,8%) de motivación. (Ver gráfico 2).
Descripción personal sobre el nivel de motivación para aprender sobre los motores de combustión interna utilizando la RA.
Ante la interrogante de la medida en que la RA hubo de mejorar su comprensión de los procesos complejos en los motores de combustión interna el 52,8% los estudiantes refieren haber experimentado una mejora significativa, gracias al uso de la RA, lo que implica que ha sido efectiva para mejorar el conocimiento y la comprensión en la mayoría, aunque también hay un grupo más pequeño (8,3%) que ha experimentado ligeramente cierto nivel de comprensión, indicando que, para determinados estudiantes, la RA ha tenido un impacto aún más profundo en su aprendizaje y comprensión de los procesos complejos en cuestión. (Ver gráfico 3).
Medida en que la RA hubo de mejorar su comprensión de los procesos complejos en los motores de combustión interna.
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En el nivel de satisfacción general experimentado con el uso de la RA como estrategia didáctica para abordar los motores de combustión interna, el 63,9% de los estudiantes refiere sentirse satisfecho/a, lo que indica que la RA ha sido bien recibida y valorada positivamente. Además, un porcentaje significativo de ellos (27,8%), plantea sentirse muy satisfecho/a ya que la RA ha superado las expectativas de algunos y ha tenido un impacto altamente positivo en su experiencia de aprendizaje; un pequeño porcentaje (8,3%), se muestra neutral lo que podría indicar que, para algunos, la RA puede no haber tenido un impacto notable en su nivel de satisfacción. (Ver gráfico 4).
Nivel de satisfacción general experimentado con el uso de la RA como estrategia didáctica para abordar los motores de combustión interna.
Particularmente importante resultó constatar que el 55,60% de los alumnos encuestados ha experimentado una diferencia significativa en su nivel de interés, en tanto que el 22,2% percibe que la RA ha hecho una diferencia moderada en el interés y el atractivo del aprendizaje sobre motores de combustión interna; un grupo más pequeño, siente que la RA ha hecho una gran diferencia en su motivación y atractivo hacia el tema estudiado (19,4%). La mayoría de los participantes consideran que la RA ha tenido un impacto positivo en hacer que el aprendizaje de los motores de combustión interna sea más interesante y atractivo. (Ver gráfico 5).
Diferencia significativa en el nivel de interés de los alumnos con la RA en el interés y el atractivo del aprendizaje sobre motores de combustión interna.
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En cuanto a la posibilidad de recomendar a otros estudiantes la RA como estrategia didáctica, el 58,3%, una cifra considerable, incluso lo recomendaría definitivamente, y el 41,7% está dispuesto a recomendar el uso de la RA. Este dato implica que la tecnología de RA ha sido bien recibida y percibida positivamente como una forma efectiva de mejorar la enseñanza y el aprendizaje. La alta disposición a recomendar la RA refleja una percepción generalmente positiva sobre su utilidad y beneficios para el estudio de los motores de combustión interna. (Ver gráfico 6).
Posibilidad de recomendar a otros estudiantes la RA como estrategia didáctica.
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Beneficios de la RA en la enseñanza de los motores de combustión interna
La experiencia de emplear la RA en el proceso de enseñanza aprendizaje de la Carrera de mantenimiento y reparación de motores a diésel y gasolina, perfiló un proceso atractivo y de invaluable motivación del estudiante gracias al enfoque innovador e interesante que logró captar su atención. La integración de elementos virtuales en el entorno real, configuró una experiencia envolvente y emocionante que estimuló la curiosidad y la motivación intrínseca para explorar y aprender. Este atractivo promovió más compromiso y participación en el proceso de aprendizaje.
Por otro lado, la interacción práctica con elementos virtuales permitió a los estudiantes interactuar directamente con modelos 3D interactivos de motores de combustión interna, pudiendo explorar y manipular los componentes virtuales en tiempo real, esto les ofreció una experiencia práctica y tangible. Esta interacción facilitó la comprensión de los conceptos y procesos relacionados con los motores, ya que los estudiantes visualizaron y experimentaron de manera más concreta cómo funcionan los motores en el mundo real.
En la experiencia desarrollada la visualización en tiempo real de los procesos complejos que ocurren dentro de los motores de combustión interna, posibilitada por la RA fue un hecho que posibilitó la observación y mejor comprensión de los flujos de energía y expansión de los gases, y otras operaciones fundamentales; los estudiantes pudieron ver de manera directa y concreta cómo interactúan los diferentes componentes y cómo se desarrollan dichos procesos complejos.
Propuesta de una estrategia didáctica para el aprendizaje de motores de combustión interna de los estudiantes del Instituto Superior Universitario Cotopaxi con RA
En el contexto de esta experiencia y a partir de los resultados alcanzados proponemos el diseño de una experiencia de aprendizaje efectiva utilizando RA implica varios aspectos clave, los cuales se articulan en una estrategia didáctica:
Objetivo General: Mejorar la comprensión y el aprendizaje de los conceptos de motores de combustión interna mediante la implementación de la RA como herramienta educativa.
Objetivos Específicos:
Introducir a los estudiantes en los fundamentos teóricos de los motores de combustión interna y sus componentes principales.
Facilitar la comprensión de los procesos y ciclos de funcionamiento de los motores de combustión interna mediante la interacción con modelos 3D en RA.
Fomentar el desarrollo de habilidades prácticas al permitir a los estudiantes manipular virtualmente los componentes y ensamblajes de un motor de combustión interna.
Motivar el interés y la participación activa de los estudiantes en el tema mediante experiencias inmersivas y atractivas.
Acción 1.-Identificación de los contenidos y conceptos clave a enseñar:
Esta acción ayudará a definir qué información y elementos virtuales incluir en la experiencia de RA. En materia de Mantenimiento y Reparación de Motores a Diesel y Gasolina, se pueden abordar una amplia gama de contenidos y conceptos clave sobre el funcionamiento, diagnóstico, mantenimiento y reparación de estos motores. Es importante adaptar estos contenidos a los objetivos específicos del currículo y al nivel de desarrollo cognitivo de los estudiantes, se puede incorporar, además, el uso de recursos multimedia y demostraciones prácticas.
Acción 2.-Selección de la plataforma de RA adecuada:
Esta acción implica elegir una plataforma adecuada y los recursos disponibles y compatible con los dispositivos tecnológicos utilizados por los estudiantes para brindar las funcionalidades necesarias y crear una experiencia inmersiva y efectiva, en este sentido se propone la plataforma ZSpace, una plataforma de RA y realidad virtual (RV) de naturaleza educativa que ofrece una experiencia de aprendizaje inmersiva y tridimensional, permitiendo la interacción con objetos y escenarios virtuales utilizando anteojos de RA y lápices interactivos.
Acción 3.-Creación de modelos 3d interactivos de motores de combustión interna:
Los modelos virtuales de alta calidad sugeridos en esta acción, deben permitir a los estudiantes explorar y manipular los componentes de manera práctica, desmontarlos y manipular sus partes virtualmente en RA, facilitando la comprensión de los principios y procesos involucrados.
Acción 4.-Desarrollo de actividades y ejercicios prácticos que involucren la manipulación virtual de los motores:
Para la experiencia de RA sugerida en esta acción es esencial diseñar actividades y ejercicios que involucren la manipulación virtual de los motores de combustión interna y permitir la aplicación de los conocimientos adquiridos, resolver problemas y experimentar con configuraciones y escenarios, mediante: a) el acceso a la tecnología que proporcione a los estudiantes dispositivos con aplicaciones de RA o utilizar equipos de RA en el aula; b) la simulación de procesos con la utilización de la RA en el ciclo de funcionamiento de los motores y visualizar los procesos internos; c) El diseño de desafíos para proponer actividades prácticas desafiantes, creativas y problematizadoras donde se deban resolver contradicciones y problemas relacionados con el funcionamiento y mantenimiento de motores de combustión interna utilizando la RA; d) Trabajo en equipos para fomentar la colaboración al abordar los desafíos propuestos.
Acción 5.-Evaluación de la experiencia de aprendizaje:
Realizar una evaluación de la experiencia de aprendizaje utilizando RA, implica recopilar datos sobre el desempeño y la comprensión de los estudiantes y obtener retroalimentación sobre su experiencia y percepción. Esta evaluación ayudará a identificar áreas de mejora y a ajustar el diseño y la implementación futura de la experiencia de aprendizaje; se llevará a cabo integrando una evaluación formativa y una retroalimentación personalizada a fin de mejorar el desempeño y comprensión de los estudiantes lo que implicará seguimientos periódicos para evaluar el progreso en el uso de la RA y la comprensión de los conceptos asociados al contenido.
Acción 5.-Reflexión y cierre
Discusión y análisis: Realizar sesiones de reflexión donde los estudiantes compartan sus experiencias y aprendizajes utilizando la RA.
Síntesis y conclusión: Revisar los objetivos logrados y destacar la utilidad y beneficios de la RA como herramienta didáctica
El diseño de la experiencia de aprendizaje con RA requiere una planificación cuidadosa y la consideración de estos aspectos para asegurar una experiencia efectiva y enriquecedora.
Conclusiones
El uso de la RA como estrategia didáctica mejora la comprensión de los motores de combustión interna. Al proporcionar una experiencia inmersiva y práctica, la RA permite visualizar y manipular los componentes virtuales de los motores en tiempo real. Esto facilita una comprensión profunda de los principios y procesos involucrados en el funcionamiento de estos motores que se refleja en una mejora significativa en la comprensión del tema.
La implementación de la RA como estrategia didáctica genera un aumento en el interés y la motivación de los estudiantes crea una experiencia atractiva y novedosa hacia el tema en cuestión. La interacción práctica con los motores virtuales y la posibilidad de explorarlos de manera visualmente enriquecida fomenta la curiosidad y el entusiasmo, capta la atención hacia el tema. La RA ofrece a los estudiantes la oportunidad de desarrollar habilidades prácticas en la manipulación virtual de los motores de combustión interna. Al interactuar con los componentes virtuales, se adquieren destrezas en la exploración, la identificación de partes, el ensamblaje y la comprensión de los diferentes mecanismos y procesos. Estas habilidades prácticas no solo mejoran su comprensión del tema, sino que también les proporcionan capacidades aplicables en entornos profesionales relacionados con la ingeniería, la mecánica y la tecnología.
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Author for the correspondence:racardenas1@pucesa.edu.ecABSTRACT
The article proposes the use of the reality increased like an effective strategy for the teaching of the internal combustion engines exploring. Provide an overview of the foundations of the enlarged reality, you highlight the potential benefits of his implementation in the educational context and a proposal of structure to design an experience of learning shows inmersiva and it cashes on the internal combustion engines. The harmonizing of qualitative and quantitative methods like the bibliographic revision, the analysis and synthesis and the opinion poll managed a mixed focus of descriptive intervening type itself.
In today's society, internal combustion engines play a crucial role in various areas of our daily lives. From ground transportation, with the widespread presence of automobiles and cargo vehicles, to power generation in industrial plants, internal combustion engines are fundamental in driving the development and functioning of our society.
The importance of understanding the operation of internal combustion engines lies in their practical application in multiple fields. These engines are highly efficient in transforming chemical energy into mechanical energy, making them the preferred choice for various applications. However, effectively teaching the principles and concepts behind internal combustion engines can be a considerable challenge.
In teaching internal combustion engines, educators face obstacles such as the complexity of the internal processes, the difficulty in visualizing and understanding the components at work, and the need for hands-on interaction for more meaningful learning. In addition, traditional teaching based on manuals and two-dimensional diagrams can be abstract and unattractive to students, which hinders their engagement and deep understanding of the subject, it is pertinent, then, to proceed by taking into consideration the need for vocational students, as is the case we are considering, to be instructed in a practical way on this subject.
It is in the context described above that Augmented Reality (hereafter AR) emerges as a promising technology to address these challenges in teaching internal combustion engines. AR combines the real world with virtual elements, allowing the superimposition of digital information over the physical environment. This integration creates an immersive experience that enhances understanding and facilitates visualization of the complex processes that occur within an internal combustion engine.
By using AR as an educational tool, teachers can present interactive 3D models of internal combustion engines, allowing students to explore and manipulate the virtual components in real time. This provides them with a tangible, hands-on experience, facilitating understanding of the principles and mechanisms involved, as AR provides them with access to rich, varied and meaningful multimedia content and provides them with a relevant and immediately interactive context. This immediate and personalized feedback offered by AR allows students to learn from their mistakes and improve their understanding in real time.
Based on the above, the work developed was proposed as an objective the evaluative analysis of the effectiveness of augmented reality as a teaching strategy to improve the learning of internal combustion engines in students.
Development
AR is a technology that combines the real world with virtual elements, generating an experience in which digital objects are superimposed and integrated into the physical environment. Through devices such as smartphones, tablets or special glasses, users can perceive and manipulate digital information in real time while interacting with the real world. AR enhances sensory perception and provides an additional layer of visual, audio or tactile information that enriches the experience and expands the possibilities for interaction with the environment.
It is in the 1990s, when AR appears in the scientific world, at that time the technology was focused on fast processing computers, real-time graphics rendering and portable precision tracking systems, which allowed combining computer-generated images with the vision of the real world (Basogain; Olabe; Espinosa and Rouèche, 2010).
In the 1980s, cinematic environments implemented basic concepts of AR through effects and texts superimposed on the environment, seen from the scans made by the protagonists (Gómez; Rodríguez and Marín, 2020). However, it was from the 1990s that systems began to use the current conception of AR.
In the educational field AR is very relevant due to its numerous benefits and potential to improve the teaching and learning experience, this is how (Blázquez, 2017) states that the multiple uses of AR in the educational space are vast and varied and cover the different levels of education applying to the needs of teachers and students, it is essential to focus on the objectives to be achieved when using this technology. AR should be considered as a resource to improve the teaching-learning process.
AR is a strategy capable of providing a more immersive learning experience than traditional teaching. By allowing students to interact with virtual objects and scenarios in their real environment, AR offers a sense of immersion and active participation in learning that fosters a complete and immersive learning experience, based on the idea of learning in a participatory way, through direct interaction with the content and the promotion of a deeper and lasting understanding, in this context of AR, immersive learning involves the use of this technology to create educational environments, where you can explore, experiment and solve problems in a practical and contextualized way.
In this order of things AR as a didactic tool that favors the improvement of the learning experience involves human-machine interaction by involving communication and information exchange between the student and the virtual elements generated by the technology. This may include gestures, movements, voice commands or tactile interactions that allow the student to interact and control the digital objects superimposed on the teaching-learning environment, this implies a fluid and intuitive interaction between the student and the technology is fundamental for an effective and satisfactory AR experience that can enable exchanges such as the one described by (Nájera, 2009) when he refers to "a prehistoric experience where fossils are exhibited or children's books showing three-dimensional scenes instead of photographs and flat drawings or classroom conversations with characters "virtually brought" from the past" (p. 11 ).
These key concepts - AR, immersive learning and human-machine interaction - are fundamental to understanding how AR can transform the educational process by providing more engaging, practical and meaningful learning experiences. By combining virtual elements with the real world, AR expands the possibilities for interaction and enriches the way students explore and understand complex concepts, such as internal combustion engines, thus generating a positive impact on their education.
The literature reviewed on the use of AR in education has recognized its transformative potential and its ability to improve the quality and effectiveness of the educational process. Worldwide, numerous studies and academic publications support the use of AR as an innovative pedagogical tool. Some of the key findings and approaches that have been identified connote the improvement of motivation and engagement as AR has proven to be highly motivating for students as it creates an engaging and immersive learning experience. The integration of virtual elements into the real environment arouses curiosity and interest, leading to greater student engagement and participation in the learning process (Marín; Cabero, & Gallego, 2018).
There is research on the role of AR in the formative process in general and teaching-learning in particular that has been able to verify that students' class notes that are enriched with AR objects significantly awaken students' motivation, both generally and in terms of attention, confidence, relevance and satisfaction (Marín; Cabero and Gallego, 2018).
Another important aspect is that this tool facilitates the understanding of abstract concepts and allows visualizing and manipulating virtual objects in the real world. By being able to interact with three-dimensional models and observe processes in real time, students can acquire a deeper and more meaningful understanding of the topics studied.
AR offers the possibility of creating collaborative learning environments, where students can work together, share information and solve problems together. This social interaction promotes the collective construction of knowledge and strengthens teamwork skills, in this regard it is relevant the idea defended by authors such as (Cabero, 2018) when he states that the challenge for universities, lies among other things, in redesigning their formative matrices with the purpose of "the progressive increase in the teaching activity of the use of electronic educational resources that combine different approaches more creative and collaborative"(p. 2)
Regarding the specific context of Ecuador, although the specific literature on the use of AR in education in this country may be limited, there have been initiatives and some projects that explore the potential of this technology, In the Ecuadorian context, there has been a growing interest in adopting innovative technological tools in education, and AR has been recognized as a promising alternative to improve the quality of teaching and learning (Castillo and Quimbita, 2023).
The development of emerging technologies in the educational sphere is generating a significant evolution in the way of teaching in this sense in the Ecuadorian context AR is a technology that effectively contributes to improve the understanding of curricular content, so it is necessary to implement measures that include the provision of digital resources in schools and adequate training for teachers to implement their use (Aguirre; Guevara; Erazo and García, 2020).
It is important to note that exploration in the field of AR in education continues to evolve, and more empirical research is required to fully understand its impact and effectiveness in different educational contexts, including Ecuador. However, the general approaches of the existing literature support the feasibility and potential benefits of AR as a pedagogical strategy.
Aguirre; Guevara; Erazo and García, 2020, confirm in their study "AR and education in Ecuador" that the analysis and systematization of the literature in this context yields about 101,000 results and documents on the Internet about AR in education" (p. 431).
At the international level, it stands out, for example the study, "Augmented Reality-Based Interactive Learning Environment for Internal Combustion Engines" (Hongye, 2019) which proposed an AR-based interactive learning environment to teach the concepts and processes of internal combustion engines. An AR application was developed that allows students to explore and manipulate virtual components of an engine in real time, providing additional information and 3D visualization to facilitate understanding.
Similarly, an investigation entitled "Design and Evaluation of a Mobile Augmented Reality Application for Automotive Engine Learning" was carried out, which focused on the design and evaluation of an AR application for mobile devices that taught the principles of internal combustion engines. The application facilitates students to visualize and manipulate virtual models of engines and access to additional information and interactive animations to promote understanding (Martín, 2022).
The study "The significance of AR on student motivation. A systematic review and meta-analysis" examined the scientific literature and made it clear that the use of AR in classrooms improves student motivation. The results showed a positive impact in the experimental groups, suggesting that the incorporation of AR in the classroom motivates students (Gómez; Rodríguez and Marín, 2020).
The research "Virtual Reality, Immersive Learning and AR: Case Studies in Engineering Careers" comprehensively examined the state of the art and implementation of virtual reality, immersive levels and AR, focusing specifically on the teaching-learning processes of undergraduate engineering students. The findings of this study show the existence of multiple opportunities to take advantage of open access resources and platforms, in the context of subjects that focus on intensive practices.
This research has explored the use of AR in the teaching of internal combustion engines. The field of AR applied to education is dynamic and constantly evolving.
Methodology for the development of the study.
The methodology employed is based on a mixed descriptive approach that is justified by the complete and holistic understanding of the benefits and effectiveness of AR as a didactic strategy for teaching internal combustion engines. By combining qualitative and quantitative methods, we sought to complement and enrich the findings obtained, achieving a broader and deeper vision of the study phenomenon.
The qualitative approach is justified by its ability to explore and understand in depth the experiences, perceptions and opinions of the participants. Through it, it was possible to obtain detailed information on how students interact with AR and how it influences their understanding of internal combustion engines. In addition, this approach allowed us to capture nuances and contextual factors in addressing the results.
The quantitative approach was evidenced in the analysis of numerical data to make generalizations and establish statistical relationships. Through a questionnaire survey, data were obtained on students' performance, their level of comprehension and their satisfaction with AR as a didactic strategy. This provided a solid basis for evaluating the effectiveness of the intervention and establishing the necessary correlations.
By combining both approaches, a triangulation of the data was achieved, which increased the validity and reliability of the results, by addressing the complexity of the study phenomenon from multiple perspectives and having a more complete understanding of the effects of AR on the teaching of internal combustion engines. This is especially relevant for educational decision-making and improvement of pedagogical practices.
Instrument design
For data collection, a questionnaire with multiple-choice questions was designed to evaluate aspects such as the level of understanding, motivation and satisfaction of the students' perception of AR as a didactic strategy for teaching internal combustion engines. The response scale is nominal and, where 1 corresponds to very low and 5 to very high.
The main purpose of the research was to design a didactic strategy for the implementation of AR in the teaching of internal combustion engines.
Population and sample
The starting population for this study was the 40 students enrolled in the Maintenance and Repair of Diesel and Gasoline Engines program at the Higher University Institute Cotopaxi; in this case, the population and sample coincide, which means that a census research approach was used, that is, information was collected from all members of the population instead of selecting a representative sample.
The most relevant data are presented below:
When asked about the level of understanding of concepts related to internal combustion engines after using AR, the majority of students have shown improvement, thanks to the use of AR, with a significant group reaching a high level (41.7%) of understanding. However, there is a smaller percentage (2.8%) that has not experienced significant progress in their knowledge of the subject. AR technology appears to be an effective tool for improving understanding of internal combustion engines for 36.1%, but may not be equally effective for all (19.4%). (See Graph 1).
Level of understanding of concepts related to internal combustion engines after using AR.
The personal description on the level of motivation to learn about internal combustion engines using AR revealed that (61.10%) of the respondents have shown high (61.10%) and very high motivation (22.20%) to learn using AR. This points to the fact that this tool has been effective in stimulating interest and curiosity in the majority, leading to significant motivation to learn about the subject, although a small percentage shows moderate (13.9%) or very low (2.8%) levels of motivation (See Graph 2). (See Graph 2).
Personal description on the level of motivation to learn about internal combustion engines using AR.
When asked about the extent to which AR improved their understanding of the complex processes in internal combustion engines, 52.8% of the students reported having experienced a significant improvement, thanks to the use of AR, which implies that it has been effective in improving knowledge and understanding in the majority, although there is also a smaller group (8.3%) that has slightly experienced some level of understanding, indicating that, for certain students, AR has had an even more profound impact on their learning and understanding of the complex processes in question (See Graph 3). (See Graph 3).
Extent to which AR had to improve their understanding of the complex processes in internal combustion engines.
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In the level of overall satisfaction experienced with the use of AR as a teaching strategy to address internal combustion engines, 63.9% of the students reported feeling satisfied, which indicates that AR has been well received and positively valued. In addition, a significant percentage of them (27.8%), state that they feel very satisfied since AR has exceeded the expectations of some and has had a highly positive impact on their learning experience; a small percentage (8.3%), is neutral, which could indicate that, for some, AR may not have had a notable impact on their level of satisfaction (See Graph 4). (See Graph 4).
Level of overall satisfaction experienced with the use of AR as a didactic strategy to address internal combustion engines.
Particularly important was the finding that 55.60% of the students surveyed have experienced a significant difference in their level of interest, while 22.2% perceive that AR has made a moderate difference in the interest and attractiveness of learning about internal combustion engines; a smaller group feels that AR has made a big difference in their motivation and attractiveness to the subject studied (19.4%). The majority of the participants feel that AR has had a positive impact on making learning about internal combustion engines more interesting and engaging (See Graph 5).
Significant difference in the level of learners' interest with AR on the interest and attractiveness of learning about internal combustion engines.
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As for the possibility of recommending AR as a teaching strategy to other students, 58.3%, a considerable number would even definitely recommend it, and 41.7% are willing to recommend the use of AR. This data implies that AR technology has been well received and positively perceived as an effective way to improve teaching and learning. The high willingness to recommend AR reflects a generally positive perception of its usefulness and benefits for the study of internal combustion engines. (See Graph 6).
Willingness to recommend AR as a teaching strategy to other students.
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Benefits of AR in the teaching of internal combustion engines.
The experience of using AR in the teaching-learning process of the diesel and gasoline engine maintenance and repair career outlined an attractive process and invaluable student motivation thanks to the innovative and interesting approach that managed to capture their attention. The integration of virtual elements into the real environment provided an immersive and exciting experience that stimulated curiosity and intrinsic motivation to explore and learn. This attractiveness promoted more engagement and participation in the learning process.
On the other hand, the hands-on interaction with virtual elements allowed students to interact directly with interactive 3D models of internal combustion engines, being able to explore and manipulate the virtual components in real time; this offered them a practical and tangible experience. This interaction facilitated the understanding of the concepts and processes related to engines, as students visualized and experienced in a more concrete way how engines work in the real world.
In the experience developed, the real-time visualization of the complex processes that occur within the internal combustion engines, made possible by AR, was a fact that enabled the observation and better understanding of the energy flows and expansion of gases, and other fundamental operations; students could see directly and concretely how the different components interact and how these complex processes are developed.
Proposal of a didactic strategy for the learning of internal combustion engines by students of the Higher University Institute Cotopaxi with AR
In the context of this experience and based on the results achieved, we propose that the design of an effective learning experience using AR involves several key aspects, which are articulated in a didactic strategy:
General Objective: To improve the understanding and learning of internal combustion engine concepts through the implementation of AR as an educational tool.
Specific Objectives:
Introduce students to the theoretical fundamentals of internal combustion engines and their main components.
Facilitate understanding of internal combustion engine processes and operating cycles through interaction with 3D AR models.
Encourage the development of practical skills by allowing students to virtually manipulate the components and assemblies of an internal combustion engine.
Motivate students' interest and active participation in the subject through immersive and engaging experiences.
Action 1.-Identification of key content and concepts to be taught:
This action will help define what information and virtual elements to include in the AR experience. In the area of Diesel and Gasoline Engine Maintenance and Repair, a wide range of content and key concepts about the operation, diagnosis, maintenance and repair of these engines can be addressed. It is important to adapt this content to the specific objectives of the curriculum and the cognitive development level of the students, and the use of multimedia resources and practical demonstrations can also be incorporated.
Action 2.-Selection of the appropriate AR platform:
This action involves choosing a suitable platform and the resources available and compatible with the technological devices used by students to provide the necessary functionalities and create an immersive and effective experience, in this sense the ZSpace platform is proposed, an AR and virtual reality (VR) platform of an educational nature that offers an immersive and three-dimensional learning experience, allowing interaction with virtual objects and scenarios using AR glasses and interactive pens.
Action 3.-Creation of interactive 3D models of internal combustion engines:
The high quality virtual models suggested in this action should allow students to explore and manipulate the components in a practical way, disassemble them and manipulate their parts virtually in AR, facilitating the understanding of the principles and processes involved.
Action 4.-Development of activities and practical exercises involving virtual manipulation of the motors:
For the AR experience suggested in this action it is essential to design activities and exercises that involve virtual manipulation of internal combustion engines and allow the application of acquired knowledge, solve problems and experiment with configurations and scenarios, by: (a) access to technology that provides students with devices with AR applications or use AR equipment in the classroom; (b) simulation of processes using AR in the operating cycle of engines and visualize internal processes; (c) designing challenges to propose challenging, creative and problematizing practical activities where contradictions and problems related to the operation and maintenance of internal combustion engines using AR must be solved; (d) working in teams to foster collaboration in addressing the proposed challenges.
Action 5.-Evaluation of the learning experience:
Conducting an evaluation of the learning experience using AR involves collecting data on learners' performance and understanding and obtaining feedback on their experience and perception. This evaluation will help identify areas for improvement and adjust the design and future implementation of the learning experience; it will be carried out by integrating formative assessment and personalized feedback in order to improve students' performance and understanding which will involve periodic follow-ups to assess progress in the use of AR and understanding of the concepts associated with the content.
Action 5.-Reflection and closure
Discussion and analysis: Conduct reflection sessions where students share their experiences and learning using AR.
Synthesis and conclusion: Review the objectives achieved and highlight the usefulness and benefits of AR as a teaching tool.
Designing the AR learning experience requires careful planning and consideration of these aspects to ensure an effective and enriching experience.
Conclusions
The use of AR as a teaching strategy enhances the understanding of internal combustion engines. By providing an immersive, hands-on experience, AR makes it possible to visualize and manipulate the virtual components of the engines in real time. This facilitates a deep understanding of the principles and processes involved in the operation of these engines which is reflected in a significant improvement in the understanding of the subject.
The implementation of AR as a didactic strategy generates an increase in student interest and motivation creating an engaging and novel experience towards the subject matter. Hands-on interaction with virtual engines and the possibility to explore them in a visually enriched way fosters curiosity and enthusiasm, captures attention to the subject matter. AR offers students the opportunity to develop hands-on skills in the virtual manipulation of internal combustion engines. By interacting with the virtual components, they gain skills in exploring, identifying parts, assembling and understanding the different mechanisms and processes. These hands-on skills not only enhance their understanding of the subject, but also provide them with skills applicable in professional environments related to engineering, mechanics and technology.