PDF de programación - Arquitectura y metodología para el desarrollo de sistemas educativos basados en videojuegos

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Arquitectura y metodología para el

desarrollo de sistemas educativos

basados en videojuegos

TESIS DOCTORAL

Marco Antonio Gómez Martín

Departamento de Ingeniería del Software e Inteligencia Articial

Facultad de Informática

Universidad Complutense de Madrid

Octubre 2007

Arquitectura y metodología para el

desarrollo de sistemas educativos

basados en videojuegos

Memoria que presenta para optar al título de Doctor en Informática

Marco Antonio Gómez Martín

Dirigida por el Doctor

Pedro Antonio González Calero

Departamento de Ingeniería del Software e Inteligencia

Articial

Facultad de Informática

Universidad Complutense de Madrid

Octubre 2007

A mis padres

En todo hombre hay escondido
un niño que quiere jugar
Friedrich W. Nietzsche (1844-1900)

Agradecimientos

A todos los que la presente vieren y entendieren.
Inicio de las Leyes Orgánicas. Juan Carlos I

Tengo que reconocer que cuando, allá por mi primer año en la Facultad,
conocí al que a la postre se convertiría en mi director de Tesis, no me gustó
nada. La primera impresión que me causó fue bastante mala, como le des-
cubrí un día mucho tiempo después. La casualidad hizo que al año siguiente
volviera a formar parte del grupo de profesores que trataban de llenarnos la
cabeza de bits, puertas lógicas, lenguajes de programación y formalismos. Y
entonces mi concepto sobre él dio un vuelco. Pedro no era, ni mucho menos,
una persona desagradable.

Al terminar la carrera inicié, convencido por la inigualable Carmen Fer-
nández, los estudio de Doctorado en el extinto Departamento de Sistemas
Informáticos y Programación. Después del primer año, cuando en Septiem-
bre tenía que decidirme sobre en qué campo concreto investigar, tenía las
ideas bastante poco claras; no sabía quién podría ser mi tutor en el trabajo
del segundo año ni qué tema elegir. Y entonces, cuidando un examen en el
aula magna de físicas, mirando hacia los alumnos junto a Pedro, profesor de
aquella asignatura, éste me miró y me dijo he estado pensando este verano
en vosotros. Se refería a mi hermano y a mí. Mientras los alumnos trataban
de sacar adelante el examen, me propuso una serie de temas de investigación
que no pude (pudimos) rechazar. Por eso, y por todo lo que vino después,
por haber creído en mí cuando yo no lo hacía, por el apoyo durante todo
este tiempo, mi primer agradecimiento es para él.

Dentro del departamento hay otro montón de personas que me han ayu-
dado, apoyado o contado conmigo durante este tiempo, y a los que también
tengo mucho que agradecer. A la primera ya la he nombrado, Carmen Fer-
nández, que cuando aún estaba en quinto y nos cruzábamos por los pasillos
nos preguntaba por nuestras ideas para el futuro y tuvo la amabilidad de
reservar una mañana para explicarnos las posibilidades que ofrecía la Uni-
versidad. Belén Díaz, con su empeño en ver fáciles las cosas difíciles, también
ha potenciado aspectos de este trabajo que yo creía muros insalvables. Gui-
llermo Jiménez, ávido lector de artículos, siempre podía relacionar mis ideas

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Agradecimientos

con las de algún otro investigador. Luis Hernández, magníco organizador,
siempre interesado por mis avances y dispuesto a ayudar en todo. Y Juan
Pavón y Jorge Gómez que me acogieron en su grupo de investigación durante
un año. En general, gracias a todos los miembros del grupo de investigación
de Aplicaciones de Inteligencia Articial en el que he desarrollado el trabajo,
y a los miembros del Departamento de Ingeniería del Software e Inteligencia
Articial; de las conversaciones con vosotros durante la comida es difícil no
aprender algo. Finalmente, tampoco puedo olvidar a los becarios y estudian-
tes que han contribuido en la implementación de JV2M, como Pablo Palmier
que me demostró que los becarios responsables existen.

Pero sin duda la persona más importante ha sido Pedro Pablo. Me resulta
muy difícil encontrar palabras de agradecimiento para él por varios motivos.
El primero es que ha sido desde siempre un pilar indispensable para mí; el
segundo es la imposibilidad de agradecerle el haber aguantado mis ideas más
estrambóticas y haber sido crítico y revisor de todas las esquinas de esta
tesis; y el último es que, si encontrara las palabras de agradecimiento y las
expresara en alto, me diría que ya las conocía.

También tengo que agradecer a aquellos que durante este tiempo me han
apoyado y han soportado mis ausencias. Y eso va especialmente por Laura,
que ha competido por mi tiempo con esta criatura que tienes entre tus manos,
y casi nunca ha salido ganando. Gracias.

Gracias al resto de mi familia. A mi hermano Jesús Javier, Joti; a mis
abuelos, por la ropa de punto, las paellas y los paseos por el retiro; y por
supuesto a mis tíos. A Benjamín por inculcarme la curiosidad por el conoci-
miento por el mero hecho de saber, por las leyes de Kepler y por el método
para calcular eclipses que nunca llegó. A Julio, por explicar entre sudores a
ese niño de seis años que una vez fui qué era el parlamento. A Alfredo, que
nos traía a casa la ilusión en piezas de un nuevo ordenador, y lo montaba con
dos moscones alrededor deseosos de absorber todo lo que veían. A Marisa
que, con Benja, me ayudaron a renar el ejemplo de animales que aparece
en el capítulo 4 mientras se extrañaba de que les preguntara interesado si
todos los animales que vuelan y tienen plumas son pájaros. Y a Quique, por
las entretenidas conversaciones sobre los últimos recovecos de C++, sobre
librerías de enlace dinámico, y sobre cualquier otra cosa que se precie.

Y para terminar dejo para el último lugar a los primeros: a mis padres.

Aquí la tenéis. Esta tesis es vuestra.

Resumen

Desocupado lector, sin juramento me podrás creer
que quisiera que este libro [...] fuera el más
hermoso, el más gallardo y más discreto que
pudiera imaginarse.
Miguel de Cervantes, Don Quijote de la Mancha

Este trabajo de Tesis Doctoral presenta una arquitectura y metodología
de desarrollo de sistemas educativos basados en videojuegos. El objetivo
principal es:

1. Minimizar la dependencia entre el conocimiento especíco del dominio
que se enseña y el resto del sistema. De esta forma, el conocimiento del
dominio puede aprovecharse para implementar otros videojuegos edu-
cativos que enseñen lo mismo pero de distinta forma. También permite
utilizar las partes no especícas del dominio en varios juegos educati-
vos. En denitiva, permite la reutilización, de forma que se reduzcan
los costes de creación de este tipo de aplicaciones.

2. Permitir que en desarrollos posteriores sean fácilmente sustituibles al-
gunos módulos. Principalmente se persigue poder intercambiar fácil-
mente aquellos módulos susceptibles de quedar obsoletos con el avance
tecnológico.

3. Permitir que los distintos profesionales que entran en juego durante
el periodo de desarrollo puedan trabajar sin solaparse unos con otros,
minimizando las dependencias entre ellos.

La metodología propuesta aboga por una clara división entre los conteni-
dos pedagógicos y los contenidos lúdicos que los rodean. Para poderla hacer
efectiva, la arquitectura software subyacente divide la aplicación en módulos
con unas responsabilidades claras y no solapadas.

Como prueba del correcto funcionamiento de la metodología y arquitec-
tura aquí propuesta, el trabajo incluye la descripción detallada del desarrollo
de JV2M, un sistema educativo para enseñar la compilación de un lenguaje
de alto nivel orientado a objetos como es Java.

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Índice

Agradecimientos

Resumen

1. Introducción

1.1. Motivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Estructura de capítulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. Contribuciones
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Arquitecturas de videojuegos

2.1.
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Denición de arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Arquitecturas software en juegos
2.3.1. Razones para el uso de COTS . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Arquitecturas dirigidas por datos . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5. Bucle principal
2.5.1. Bucles multihebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6. Entidades del juego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.1. Organización y actualización de entidades . . . . . . .
2.6.2. Construcción de las entidades del juego . . . . . . . .
2.6.3. Arquitectura basada en componentes . . . . . . . . . .
2.7. Lenguajes de script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.7.1. Ventajas y desventajas de los lenguajes de script
. . .
2.7.2. Ejemplos de lenguajes de script . . . . . . . . . . . . .
2.7.3. Casos de uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Notas bibliográcas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Aplicaciones educativas

3.1.
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Descripción de los entornos de aprendizaje . . . . . . . . . . .
3.2.1. Módulo experto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Índice

3.3. Arquitecturas de ITSs

3.2.2. Modelo del estudiante . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.3. Módulo pedagógico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.4. Módulo de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.5. Agentes pedagógicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1. Arquitectura clásica de ITSs . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2. Arquitectura Modelo de conocimientoVista . . . . . .
3.3.3. Arquitectura basada en agentes . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
3.4.1.
Interfaz entre el agente y el entorno . . . . . . . . . . .
3.4.2. Ejemplos de agentes en entornos virtuales . . . . . . .
3.5. Agentes pedagógicos . . . . . . . .
  • Links de descarga
http://lwp-l.com/pdf13446

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