The field of education, including specific training in the different specialties of computer science, is looking for new tools that motivate and promote the learning of programming concepts in a gradual and simple way. The world of video games is attractive for students and presents a high potential to be used as a tool for learning the fundamental knowledge of programming, in a visual and interactive way. This work presents a 3D videogame that places the player in a rural environment, assuming its management. To achieve its objectives, it should gradually acquire the necessary knowledge to use the tools related to terminology and intrinsic knowledge in programming. Learning is proposed as a progressive process from the most basic concepts to the most complex ones, where the students must solve several proposed problems in order to advance in the development of the farm. The main objective is to use the videogame as a support tool in basic programming subjects, allowing students to extend the knowledge explained in class.
La digitalizacion del sistema educativo espan~ol que se inicio hace algunos
an~os se ha visto impulsada en el ultimo an~o a consecuencia de la crisis sanitaria
por la COVID-19. La revolucion provocada por las Tecnolog as de la
Informacion y las Comunicaciones (TIC) en toda la sociedad y, por tanto, en el ambito
educativo esta siendo ampliamente estudiado [
El uso de la tecnolog a facilita tanto la imparticion de las clases, la
tutorizacion, as como el aprendizaje personalizado haciendo uso de herramientas
alternativas. Desde este punto de vista, es innegable el peso que la industria del
videojuego tiene en el mundo, incluso en una situacion de pandemia, el sector
ha alcanzado un crecimiento superior al de 2019 [
El ambito de las STEM (Science, Technology, Engineering and Math) no es
ajeno y multiples estudios y propuestas tienen como objetivo la introduccion del
videojuego como herramienta de apoyo docente en diferentes niveles educativos
incluidos los estudios superiores [
Existe una amplia variedad de videojuegos cuyo objetivo es que el usuario aprenda conceptos relacionados con la programacion o lenguajes expresamente disen~ados para este n. Entre ellos se encuentran plataformas como CodeCombat1 o CodinGame2 y Scratch3. Todos ellos aunan sencillez y un disen~o art stico atractivo para los mas jovenes con el objetivo de facilitarles una primera toma de contacto con diversos lenguajes de programacion como python, javascript o C++, entre otros. La principal motivacion para desarrollar un videojuego propio se basa en la ventaja de tener un desarrollo adaptado y adaptable a las necesidades detectadas en los estudiantes. As , en cualquier momento es posible actualizar y centrar el aprendizaje en una tarea de programacion determinada y especi car el objetivo a conseguir para poder pasar al siguiente nivel.
La diferencia de la propuesta descrita frente a otras alternativas existentes, es la estrecha relacion con el temario de la asignatura de Fundamentos de Programacion (FP ) impartida en el Centro Universitario de Merida (CUMe). Particularmente, se destaca el aspecto de parametrizacion y adaptacion rapida, en caso de ser necesario, que en desarrollos de terceros ser a dif cil de conseguir. Ademas, el principal interes no es el lenguaje de programacion en s sino la capacidad de pensamiento logico, aspecto fundamental en programacion.
Por todo ello, este trabajo presenta el desarrollo de un videojuego como herramienta auxiliar en el aprendizaje de las bases de la programacion. El contenido y alcance del mismo esta totalmente inspirado y centrado en el temario de la asignatura de FP del CUMe, perteneciente a la formacion basica de los grados en Ingenier a Informatica en Tecnolog as de la Informacion (GIITI ), Ingenier a Telematica en Telecomunicacion (GITT ) y en el plan conjunto de estudios o ciales que agrupa a las dos titulaciones.
El proyecto propuesto y denominado CodingFarm se situa dentro del ambito de desarrollo de tecnolog as 3D, implicando multiples herramientas que var an desde ambitos mas tecnicos, como la programacion, hasta los art sticos, como son el disen~o y modelado 3D. Aunque el publico objetivo es el alumnado del primer curso de las titulaciones previamente mencionadas, los unicos requisitos necesarios para su utilizacion es leer con uidez, tener nociones basicas de matematicas y capacidad para analizar y resolver problemas. Esto no excluye su uso por un per l mas joven en otros niveles educativos.
Se plantean los siguientes objetivos a alcanzar en este trabajo: Desarrollar un videojuego 3D totalmente funcional y abierto a futuras ampliaciones.
Incidir en el caracter de ayuda complementaria a la metodolog a clasica en la asignatura para a anzar la asimilacion de contenidos y adquisicion de competencias propias de la asignatura.
Promover el empleo de los videojuegos educativos en el aula como una v a atractiva, moderna y viable en la ensen~anza de cualquier nivel educativo. Este documento se estructura como sigue. En primer lugar se presenta la metodolog a usada para el desarrollo. A continuacion se describe el resultado alcanzado, donde se muestra un ejemplo de funcionamiento. La siguiente seccion explica el proceso de evaluacion llevada a cabo y, por ultimo, se presentan las conclusiones obtenidas. 2.
Una de las primeras decisiones al abordar la implementacion de un videojuego
es el motor de juegos a utilizar. Hay dos grandes motores Unity [
Otro aspecto es la tematica central que dirigira la evolucion del juego y que determinara los elementos gra cos. CodingFarm se ambienta en un pequen~o poblado dedicado a la ganader a y el cultivo, donde el usuario asume el control de la gestion y debe resolver un conjunto de tareas para alcanzar la metas establecidas en las distintas secciones. La di cultad de los retos escala progresivamente de manera similar a la complejidad algor tmica vista en la asignatura en la que esta basado.
La siguiente decision es la de nicion de los requisitos funcionales y no funcionales. Respecto a los requisitos funcionales, se establecen los siguientes: Se podra comenzar una nueva partida y reiniciar el progreso si se considera necesario.
Se habilitara guardar el progreso en cualquier momento. Solo se perdera en el caso de una salida forzada.
Se dispondra de menus informativos que faciliten la usabilidad y el control del juego.
Los paneles informativos podran con gurarse para utilizar lenguaje tecnico mediante pseudocodigo para las diferentes acciones o coloquial.
Los objetivos a alcanzar en cada nivel estaran siempre accesibles al usuario. Los requisitos no funcionales hacen referencia a los siguientes aspectos: La tematica se ajusta a los contenidos de la asignatura de FP.
El juego debe ser visualmente atractivo, apto para todos los publicos y no contener escenas expl citas o lenguaje soez.
Se dara opcion de adaptar los gra cos para mejorar el rendimiento en equipos con distintas especi caciones.
El sistema estara adaptado para su uso en ordenadores personales (PC y laptops).
El juego sera compatible con los sistemas operativos Windows, macOS y Linux. La opcion para moviles sera una propuesta de mejora en el futuro. El juego no contendra ningun elemento de monetizacion; todas sus funcionalidades podran ser desbloqueadas mediante el avance progresivo en el mismo.
Con un desarrollo basado en niveles, cada nivel de ne el conjunto de tareas a completar por el jugador. Los objetivos de cada nivel se cargan desde un chero que el jugador no puede modi car al estar incorporado dentro del proyecto. La Figura 1 muestra el esquema general de las actividades y objetivos relacionados con el desarrollo de cada nivel del juego y que pueden ser ejecutadas por los actores. La Figura 2 muestra un ejemplo de estructura de codigo, que puede ser asignado a un trabajador y analizado y ejecutado dentro del videojuego propuesto. Figura 1: Esquema de actividades y objetivos generales por cada nivel del juego y relacion con el temario de la asignatura.
Figura 2: Ejemplo de codigo dividido en bloques, que puede ser analizado y ejecutado por el sistema.
Otro aspecto importante en todo desarrollo software es la fase de pruebas. Durante las diferentes iteraciones de desarrollo cinco personas se encargaron de probarlo y realizar el feedback necesario para mejorar tanto su funcionalidad como el rendimiento. Una vez nalizado, se convoco a diez estudiantes para que evaluaran el videojuego mediante un cuestionario de catorce preguntas. Los resultados se mostraran en la seccion 4.
El resultado es un videojuego de caracter educativo, dirigido a consolidar los conceptos basicos de programacion y adquirir pensamiento logico. Apto para todos los publicos, se ambienta en un entorno rural, colorido y visualmente atractivo, donde el concepto de econom a sostenible esta muy presente. El jugador se situa en un poblado que debe gestionar, ayudado por los aldeanos para que sus parcelas prosperen y alcancen sus objetivos.
Se presenta una unica area de juego dividida en parcelas y cada una corresponde a un nivel como se observa en la parte central en la Figura 1. Al inicio, solo el nivel 1 esta activo, el resto de niveles se activan progresivamente al superar los retos asignados al nivel anterior. Cada nivel esta asociado a conceptos espec cos de programacion. El nivel 1 aborda los conceptos de variables, constantes y operaciones asociadas; el nivel 2 introduce las estructuras de control, condicionales y las operaciones logicas; el nivel 3 trabaja con las estructuras de control iterativas; el nivel 4 incorpora las estructuras de almacenamiento, particularmente vectores y matrices. Por ultimo, el nivel 5 aborda la modularidad mediante el uso de funciones o procedimientos y el paso de parametros.
Con un modelo de vista isometrica, el jugador se situa detras de la camara, toma su control y se desplaza libremente por el mapa tanto en el eje vertical (teclas W y S) como horizontal (teclas A y D), hace zoom sobre el escenario (pulsando la rueda del raton). Se han eliminado efectos no deseados como la visualizacion de zonas fuera del area de jugabilidad, que interrumpan la inmersion del jugador. La velocidad de desplazamiento se incrementa al pulsar la tecla mays al mismo tiempo que se desplaza la camara. La representacion del cursor var a al pasar sobre elementos con los que el jugador puede interactuar.
En todo momento, la tecla K proporciona informacion de las tareas a completar en el nivel actual. Pulsando el boton derecho del raton sobre una operacion se muestra informacion sobre ella en formato de texto o pseudocodigo, facilitando la compresion de los conceptos de programacion. El tipo de mensaje se con gura al inicio del juego o pulsando ESC, en cualquier nivel. En la seccion 3.2 se muestra un juego de prueba relativo al nivel 1 y sus posibles opciones. 3.1.
Esta seccion describe brevemente las funcionalidades implementadas en el videojuego desarrollado.
El jugador interactuara con objetos coleccionables como semillas, cubos, utensilios, etc, que desaparecen al ser recogidos.
El jugador podra solicitar servicios de trabajadores. El numero de trabajadores se de ne incrementalmente por nivel con un maximo de 5 en el ultimo. La ayuda es mediante la asignacion de tareas y su uso es obligatorio en algunos niveles para alcanzar los objetivos.
Tipo y numero de tareas se incrementaran al superar niveles. Las tareas son bloques que se arrastran al panel de tareas del trabajador y permiten modi car valores de variables, recolectar objetos, modi car el ujo segun una condicion, tareas repetitivas, etc. Los posibles parametros se proporcionan como menu desplegables. Pulsando el boton derecho se accede al pseudocodigo.
El sistema detectara errores t picos de programacion en las tareas, simulando un compilador de codigo clasico.
Al recoger un coleccionable, se generara otro aleatoriamente en algun lugar del area de juego.
Cada coleccionable tendra asociado un coste jo y se podra vender a los comerciantes, obtener dinero y as , liberar espacio en el inventario. El progreso se podra guardar y recuperar en cualquier instante. Cualquier intento de modi cacion de los cheros asociados por parte del jugador sera detectado y se volvera al nivel 1.
El inventario almacena los objetos coleccionables recogidos por el jugador y contiene, entre otros, la cantidad obtenida y su valor monetario. Esta accesible con la tecla I y tiene un taman~o limitado. En esta version, una transaccion comercial sobre un elemento del inventario afecta a la cantidad completa del elemento seleccionado. 3.2.
A continuacion se describe brevemente una ejecucion del nivel 1 asociado al tema 1 del videojuego desarrollado. Inicialmente el jugador no dispone de capital, por lo que debe buscar y recoger todas las semillas que encuentre en el area de juego y as incrementar su inventario (Figura 3 y Figura 4). Una semilla se recoge al pulsar con el raton sobre ella. A continuacion, el jugador puede vender las semillas al granjero para obtener solvencia economica. Esta transaccion se realiza pulsando con el raton sobre el granjero y seleccionando del inventario las semillas a vender. Otra opcion disponible en este nivel es el de plantar semillas y recoger la cosecha. En esta version, ambas operaciones se realizan una a continuacion de la otra.
Las tareas anteriores permiten trabajar con variables, constantes y operaciones asociadas como incrementar y decrementar, que se re ejan en el inventario y en el capital del jugador (Figura 3 nº 4). Con el dinero obtenido de la venta de las semillas podra completar alguna de las tareas asignadas (Figura 3 nº 1), por ejemplo: \Un trabajador vaya una o mas veces en busca de semilla\, esta tarea tiene un coste que se restara del capital disponible en ese momento, en caso de no tener capital no se podra completar la ejecucion.
Las tareas se asignan a un trabajador, la tecla espacio localiza al trabajador del nivel si no se encuentra a la vista. A la asignacion de tareas se accede pulsando con el raton en el trabajador, a la derecha aparecera la ventana de tareas disponibles; a la izquierda, las tareas asignadas al trabajador. Basado en bloques (tipo scratch), las tareas se asignan arrastrandolas desde la ventana derecha a la izquierda. En la parte superior izquierda se muestran las operaciones que se pueden realizar sobre el panel izquierdo y el coste de las tareas incluidas en el, junto a informacion de ayuda; la parte central inferior mostrara informacion de la ultima operacion realizada en formato pseudocodigo o texto; la parte superior derecha especi ca el dinero acumulado por el jugador (Figura 4 nº 6). En el panel de requerimientos para superar el nivel se detallara el progreso del jugador. As , se especi cara por cada uno el numero de tareas completadas sobre el total de requeridas (Figura 4 nº 8). Mientras no se haya completado aparecera en rojo, una vez completada una tarea, esta cambiara a verde. Cada nivel incorpora mayores requerimientos a superar, nuevos elementos con los que interactuar, pero tambien se incrementa el numero de trabajadores a los que asignar tareas. Los trabajadores disponibles podran estar realizando sus tareas en paralelo 5. Figura 3: Primera parte: pasos a seguir para completar una ejecucion de la primera tarea tema 1.
La evaluacion de CodingFarm se ha realizado durante la fase de desarrollo y una vez completada la implementacion. El principal objetivo durante la fase de desarrollo era la deteccion de posibles errores para ser corregidos. La version completa paso de nuevo por este proceso para garantizar una implementacion sin errores y, de forma paralela, evaluar el rendimiento de la aplicacion. A continuacion, se explican los resultados obtenidos durante los procesos de evaluacion.
https://zurbaran.unex.es/cloud/index.php/s/GiYqe2Ay852W6F3 Figura 4: Segunda parte: pasos a seguir para completar una ejecucion de la primera tarea tema 1. 4.1.
Como se menciono en la seccion 2 varias personas testearon el juego en diversos equipos para detectar posibles errores y problemas de rendimiento. Se selecciono a tres estudiantes de ultimo curso de GIITI, que habitualmente son usuarios de videojuegos y a dos estudiantes sin conocimientos de Informatica. La retroalimentacion recibida permitio corregir los problemas detectados y mejorar el rendimiento de la aplicacion en diferentes equipos. Para mejorar los problemas de rendimiento se utilizaron, entre otros, recursos como una clase gestor base siguiendo el patron singleton, reubicar objetos en lugar de destruir/crear continuamente, usar el canal de renderizado universal (URP), ajustar la tasa de refresco o el trazado de sombras.
La Figura 5 muestra los resultados conseguidos en funcion del rendimiento obtenido en un conjunto de equipos con diferentes caracter sticas. Se puede apreciar, que el rendimiento se ajusta a los estandares de la industria, cumpliendo as con el objetivo de desarrollar una solucion software util a la par que e ciente. 4.2.
La version de nitiva de CodingFarm se evaluo tambien desde el punto de vista de satisfaccion del usuario. Se convoco a diez estudiante, ocho del CUMe (4 de primer curso y 4 de tercer/cuarto curso) y dos estudiantes de titulaciones no tecnologicas. Los estudiantes jugaron dos horas y posteriormente se les insto a contestar un formulario con 14 preguntas (ver Tabla 1). La respuesta a cada Figura 5: Resultados de rendimiento obtenidos del testeo. El eje X representa las caracter sticas de los equipos, el eje Y el numero de frames por segundo (FPS) y las barras las mediciones tanto para la media con calidad normal y reducida. Mayor FPS es mejor. pregunta es un nivel de satisfaccion que va desde el valor Muy bajo (1) hasta Muy alto (5). Los estudiantes del CUMe alcanzaron el nivel 4 mientras que los 2 de otras titulaciones se quedaron en el nivel 2 y todos indicaron comprender los conceptos abordados. Ademas, los de primer curso indicaron que les ayudaba a aclarar algunas dudas y los pertenecientes a otras titulaciones mostraban su satisfaccion al entender la logica de las operaciones.
La Figura 6 muestra el resultado obtenido, donde se observa que los participantes valoran positivamente los aspecto de CodingFarm evaluados. As , la mayor a lo cali ca como adecuado, bueno o muy bueno, siendo esta ultima valoracion la predominante en 10 de las 14 preguntas. Solo los aspectos relativos a la presentacion de objetivos y ayuda iniciales (preguntas 2 y 6), muestran un grado de satisfaccion bajo y a mejorar en futuras actualizaciones.
Figura 6: Resultado de evaluacion de CodingFarm. El eje X representa las preguntas realizadas, el eje Y el numero de participantes en la evaluacion y cada barra de un color el nivel de satisfaccion para la pregunta dada desde 1 (muy bajo) hasta 5 (muy alto).
Preguntas 1. >Como le ha resultado la instalacion del juego?. 2. La introduccion del juego es clara y ayuda al jugador a entender su funcionamiento. 3. El juego proporciona contenido que estimula mi atencion. 4. Percibo que la mayor a de las actividades estan orientadas al aprendizaje. 5. No me distraigo de las tareas en las que el jugador debe estar concentrado. 6. Los objetivos del juego se presentan claramente al inicio del juego. 7. Los objetivos de cada nivel estan claramente presentados. 8. Entiendo los objetivos de aprendizaje del juego. 9. Los retos son adecuados al nivel del primer curso. 10. El juego suministra hitos que ayudan a superar los retos. 11. La di cultad de los retos se incrementa a la vez que mis habilidades para superarlos. 12. Soy capaz de capturar las ideas basicas del objetivo de aprendizaje. 13. El juego motiva al jugador a integrar el conocimiento aprendido. 14. >Recomendar as aplicar videojuegos a objetivos particulares en otras asignaturas?
Tabla 1: Cuestionario de evaluacion de satisfaccion del usuario para Coding Farm.
Adicionalmente, el proximo curso se evaluara la e ciencia del videojuego en la asignatura de FP. Se propondra a un grupo de estudiantes probar el videojuego a medida que se impartan los temas. Al nalizar la asignatura, se comprobaran los resultados obtenidos por el grupo experimental y el de control. 5.
En este trabajo, se ha presentado un videojuego educativo abierto y parametrizable, orientado a servir como herramienta docente de apoyo en el aprendizaje de conceptos basicos de programacion. El objetivo principal es que el estudiante pueda reforzar los conceptos adquiridos en las clases, de forma individualizada e independiente. Con una estructura basada en niveles de di cultad progresiva, el videojuego presenta un entorno visualmente atractivo y proporciona ayuda visual tanto en formato texto como pseudocodigo para mejorar la inmersion del jugador y favorecer el aprendizaje.
Es importante destacar el trabajo realizado para la obtencion de un rendimiento adecuado que se ha conseguido evitando sobrecargar con operaciones software para destruir y crear objetos de forma continua, realizacion de ajustes gra cos en cuanto a renderizado, sincronizacion, ajuste de sombras y sistema de iluminacion. La mayor a de los aspectos ha recibido una valoracion muy positiva por parte de los participantes en la sesion de evaluacion tanto en el rendimiento como en los aspectos relacionados con los objetivos de conceptos de programacion y jugabilidad.
Aunque, el contenido del mismo esta totalmente inspirado en el temario de la asignatura de Fundamentos de Programacion, impartida en el Centro Universitario de Merida, su caracter de formacion basica lo hace adecuado no solo para estudiantes de las diferentes especialidades de Ingenier a Informatica sino para cualquier persona interesada en adentrarse en el mundo de la programacion.
Agradecemos el apoyo del Ministerio de Econom a y Competitividad de Espan~a en el marco del proyecto TIN2017-85727-C4-f2,4g-P, Agencia Estatal de Investigacion en el marco del proyecto PID2020-115570GB-C21, de la Junta de Extremadura, proyecto GR15068.