Serious games have proven to be e ective to engage students in learning processes. Although there is a wide variety of serious games available, the development of customized games allows for creating more speci c experiences, aligned with the learning goals. Additionally, customized games can easily incorporate log systems to record students'
interactions. That information is specially interesting in online teaching and also when there is a high number of students involved. In this paper we share our experience extending a conceptual data modeling serious game from a simple "point and click" adventure to a 3D environment. In this new version the student has more freedom to move in a deeper game. At the same time, the logs generated by the game have been extended, providing more detailed information. We apply learning analytics approach to this information, generating behavior pro les using model discovery techniques. We show the results of using the game in a Databases course in a Computer Science Degree program. Results are promising, re ecting a more detailed behavior of the students when compared to the previous version of the game, using a scalable method based on objective data. 1.
Segun el informe sobre juegos serios elaborado por la Conferencia de
Directores y Decanos de Ingenier a Informatica (CODII) de Espan~a: \el analisis de los
principios de disen~o de los videojuegos los identi ca como un medio idoneo para
la educacion: un videojuego es una experiencia de aprendizaje disen~ada para
mantener el nivel de desaf o teniendo al jugador y, ademas, mantiene la
atencion del jugador" [
Durante el transcurso de una partida, los jugadores pueden realizar diferentes
interacciones segun el tipo de juego, como mover al personaje o recoger objetos.
Estas interacciones pueden almacenarse en grandes conjuntos de datos para ser
analizadas y proporcionar informacion objetiva sobre las competencias aplicadas
durante el juego [
Considerando la naturaleza secuencial de las interacciones dentro de un
juego, se han propuesto en estudios previos el uso de tecnicas de miner a de procesos
(process mining ) para analizar de forma escalable el comportamiento de per les
espec cos de estudiantes en una experiencia de aprendizaje basada en juegos
serios [
Para validar el uso de tecnicas de miner a de procesos en este tipo de analisis,
se desarrollo un videojuego con el que realizar una experiencia de aprendizaje
basada en juegos serios en la asignatura \Bases de Datos", obligatoria para
los estudiantes del Grado en Ingenier a Informatica de la Universidad de Cadiz
durante el segundo semestre del segundo curso [
En base a la buena aceptacion recibida por los estudiantes y la alta
participacion obtenida (aproximadamente el 90 % de los alumnos matriculados), se
decidio realizar una segunda version del juego para incluir las mejoras
propuestas por los estudiantes, ademas de ofrecer un registro de las interacciones mas
detallado que pudiera desembocar en analisis mas precisos [
En este estudio se presenta y describe la segunda version del juego serio, detallando las mejoras realizadas respecto a la primera version. Ademas, se muestra el modelo de comportamiento obtenido tras la aplicacion de tecnicas de miner a de procesos.
El resto del trabajo esta estructurado de la siguiente manera: en primer lugar, se presentan los fundamentos teoricos y otras experiencias de aprendizaje basadas en juegos serios: teor a sobre juegos serios. Posteriormente, se comentan las bases del descubrimiento de modelos con miner a de procesos y el metodo propuesto para obtener modelos. En el siguiente apartado se discute el nuevo disen~o de juego realizado, comparandolo con la version anterior. A continuacion se presenta nuestro caso de estudio y se discute el nuevo modelo de comportamiento generado. Por ultimo, se recopilan las conclusiones del estudio. 2.
La industria de los videojuegos ha crecido en las ultimas decadas, ocupando
un nicho cultural donde el espacio de los juegos serios esta empezando a tomar
su propio espacio [
La terminolog a usada para referirse a las experiencias de aprendizaje
basadas en juegos serios puede ser diferente segun el autor. Ademas de Serious
games, algunos de los terminos mas comunes son: Edutainment, Game Based
Learning (GBL), Digital Game Based Learning (DGBL) o Applied games [
Los juegos serios han sido aplicados en una amplia variedad de areas donde
su categorizacion depende del autor. Una de las mas aceptadas es propuesta por
Michael y Chen, considerando estas areas como mercados donde aplicar los
juegos: militar, gubernamental, educativo, corporativo, atencion sanitaria, pol tica,
religioso y art stico [
Los juegos serios han sido usados en diversas experiencias de aprendizaje
para mejorar la motivacion de los estudiantes, proporcionandoles facilidades para
la adquisicion de conocimientos de forma autonoma mediante el uso de
agentes pedagogicos [
Los detalles del metodo para descubrimiento modelos fue descrito
anteriormente [
Mientras el jugador interactua con el juego, este va creando un registro de los diferentes eventos que se producen. A partir de un registro de eventos que incluye las interacciones realizadas por todos los estudiantes se realiza un ltrado para obtener un subconjunto de eventos y trazas segun el tipo de informacion que se desee analizar para generar el per l. Por ejemplo, puede interesar elegir solo los alumnos con una nota por debajo de un umbral o que hayan tardado mas de X minutos en nalizar la partida (para obtener su comportamiento y compararlo con el resto de la clase), por lo que habr a que quedarse unicamente con las trazas en las que el campo nota o duracion tiene valores dentro de un rango. Igualmente se pueden eliminar campos que no interesan, por ejemplo, las coordenadas en las que ha colocado un cierto elemento en el diagrama E/R, la edad del alumno, etc.
Posteriormente, el metodo aplica las tecnicas de descubrimiento de modelos
a traves del algoritmo conocido como miner a inductiva [
Los dos videojuegos fueron aplicados en la asignatura \Bases de Datos", obligatoria para los estudiantes del Grado en Ingenier a Informatica de la Universidad de Cadiz (Espan~a). La primera version se uso durante los cursos 2018/19 y 2019/20 (realizandose la segunda experiencia d as antes de decretar el connamiento domiciliario por la pandemia de Covid19), y la segunds durante el curso 2020/21 en modalidad online (por la comentada pandemia). La pandemia afecto de manera importante a la participacion del alumnado. Mientras que antes del con namiento participaron 110 de 135 alumnos y 100 de 110 matriculados respectivamente, en el segundo caso solo lo hicieron una treintena de casi 150 matriculados.
En ambos casos el metodo fue implementado y validado usando las tecnicas
de process mining implementadas en el framework open source ProM [
En ambas versiones del juego, el jugador debe realizar un diagrama E/R
en base a una serie de requisitos textuales sobre una universidad: profesores,
alumnos, asignaturas, etc. El problema planteado dentro del juego esta basado
en el ejemplo practico presentado en el anexo de [
Al entrar en el juego, se le solicita al jugador un identi cador unico, para identi car el registro de eventos. Tras este paso, comun a ambas versiones del juego, se observa la diferencia entre ambas ( gura 2). En la version anterior (parte izquierda de la gura) el jugador debe usar un menu para navegar por las diferentes pantallas del juego: el mapa (que es solo la pantalla que se observa con 3 edi cios), el bloc de notas (para consultar requisitos) y el editor de diagrama E/R (pudiendo realizar un unico diagrama). En la version actual (imagen a la derecha) el jugador puede andar por un mundo en 3D en el que cada puerta de las dos plantas ofrece un reto. Estos retos, consistentes en el modelado de una serie de requisitos, pueden ser complementarios o independientes, dando una enorme variedad al juego.
Figura 2: Version anterior del juego (izquierda) y version 3D (derecha).
En la version anterior los requisitos se muestran a pantalla completa, lo que obligaba a cambiar de pantalla para modelarlos (una de las principales quejas que expresaron los alumnos tras su uso). En la gura 3 (parte izquierda) puede observarse uno de los bastantes alumnos que hicieron una foto a la pantalla de requisitos con su movil y lo pusieron junto a su portatil para trabajar mas comodo. En la version nueva (parte derecha) se observa como los requisitos se muestran otando en opaco sobre el lienzo de construccion del diagrama E/R, siendo mucho mas comodo y no observandose ningun alumno realizando fotograf as. Ademas se incluyo la opcion de que el alumno marcara cada requisito en tres colores: rojo para requisito pendiente de modelar (color por defecto), vede para requisito modelado y amarillo para requisito no modelable en el diagrama E/R (en la asignatura se trabajan como determinados requisitos de acceso, o relaciones entre datos se deben marcar para ser modelados en fases posteriores del desarrollo del sistema informatico). Figura 3: Version anterior de los requisitos (izquierda) y version 3D (derecha).
Por ultimo, el jugador debe disen~ar el diagrama E/R usando las herramientas proporcionadas en la pantalla del editor. En la version anterior ( gura 4 a la izquierda) hab a una barra de inventario y una zona de trabajo. Las principales quejas de los alumnos era que no se inclu an todas las capacidades de diagrama E/R (como participacion total o entidades debiles) y que el uso de los botones del raton para manejar el modelo no era intuitivo. En la nueva version se han incorporado todos los constructores usados en clase para modelado y con un menu contextual (ver la parte derecha de la gura) se ha realizado un mapeado mas usable de los botones del raton, practicamente eliminandose las quejas al respecto.
Figura 4: Version anterior del editor (izquierda) y version 3D (derecha).
Los cheros de registro tambien han cambiado en esta nueva version del juego. En la primera version inclu an campos obligatorios: el CaseID correspondiente (un identi cador unico por cada instancia de proceso), la actividad (interaccion llevada a cabo) y una marca de tiempo, as como otros campos: cali caciones, errores cometidos, etc. En el actual se han incluido nuevos eventos que abren la puerta a una creacion de modelos mas detallados.
Los eventos registrados en la version anterior del juego estaban centrados en el modelado del diagrama debido a que la parte de exploracion ten a un menor impacto en la partida. Con las mejoras introducidas en el disen~o de diagramas de la nueva version del juego, as como el paso a un entorno 3D donde el jugador puede moverse con libertad y realizar diferentes retos, la cantidad y naturaleza de los eventos aumento considerablemente en la version 3D: de 18 a 31. En primer lugar, se an~adieron eventos para registrar los nuevos tipos de interacciones incluidas en el modelado de los diagramas E/R, como la participacion total o entidades debiles. En segundo lugar, se an~adieron multiples interacciones relacionadas con otros aspectos del juego, como los cambios entre habitaciones o los marcados de los requisitos (modelado, pendiente o no se puede modelar). El cuadro 1 muestra una comparativa entre los eventos que se guardan en ambas versiones o exclusivamente en la version 3D.
El registro de eventos obtenido en la experiencia de aprendizaje fue importado en ProM y el algoritmo genero el modelo de proceso mostrado en la Fig. 5.
El modelo es presentado siguiendo una notacion BPMN. En esta sintaxis, existen dos c rculos vac os que representan el inicio y el nal del modelo, respectivamente. Todos los nodos se muestran como cajas etiquetadas con una accion de evento, lo que en nuestro contexto corresponde con un tipo de interaccion durante la experiencia de juego. Los nodos estan enlazados por echas direccionadas que representan la secuencialidad entre los eventos. Ademas, existen cajas en forma de rombo con un s mbolo \+" que corresponden a uniones de los caminos de entrada y a una division en paralelo de los caminos de salida.
Debido a la diferencia en numero de alumnos, en el modo de jugar y en los eventos almacenados, no vemos conveniente comparar este modelo con el del curso anterior. No obstante, el resultado muestra claramente nuevos eventos como cambio de habitacion, cambio de estado de los requisitos o cambio en las participaciones. El diagrama muestra el comportamiento general de los alumnos que participaron, mostrando iteraciones que suelen comenzar por consulta (o modi cacion del estado) de un requisito, an~adir entidad, cambiar nombre, an~adir atributo y an~adir relacion. Finalmente se sol an enlazar las entidades y relaciones, as como establecer sus cardinalidades antes de grabar el diagrama.
Por ultimo, los alumnos rellenaron un cuestionario de dos preguntas sobre la experiencia de uso del juego. En primer lugar, se les pidio que valoraran la di cultad de modelar el problema planteado en el videojuego en comparacion con los ejercicios realizados en seminarios con el editor de diagramas DIA, el usado habitualmente en clase (recordemos que online por la pandemia). La respuesta se evaluo en una escala likert de 1 a 5, donde 1 es mucho mas dif cil con el videojuego y 5 mucho mas facil con el videojuego. La respuesta fue una media de 3,33 con desviacion de 0,82. Aunque el resultado es positivo, muestra margen de mejora en el videojuego.
La segunda pregunta fue sobre la adopcion de la herramienta en clase para el curso siguiente, pudiendo indicar si la ver an adecuada como herramienta principal, como complemento o no usarla. Los resultados se muestran en el cuadro 2, y estan alineados con los de la anterior pregunta, pues todos valoran positivamente el uso de la herramienta pero principalmente practicamente 4 veces mas alumnos abogan por su uso como complemento frente a los que la usar an como herramienta principal.
Pregunta >Cual es tu opinion sobre el uso 27 de esta herramienta en clase?
Cuadro 2: Respuestas al cuestionario tras la experiencia en 2021.
Herramienta Complemento principal 7
No No usarla contesta 0 3
En este trabajo hemos presentado un redisen~o de un juego serio para la realizacion de modelos conceptuales de datos E/R (unico encontrado en la literatura). A partir de una version sencilla tipo aventura \point and click" se ha desarrollado un entorno 3D que da mayor libertad al usuario, y aumenta la profundidad del juego.
Ademas, se han ampliado las capacidades del editor, as como la gestion de requisitos. Todo ello se ha realizado ampliando el registro de eventos con las nuevas acciones disponibles, permitiendo aplicar tecnicas de anal tica de aprendizaje con descubrimiento de modelos con resultados mas detallados que en el caso anterior. Estos permiten un analisis de la actividad de los alumnos de manera escalable. En el art culo se muestran los resultados en un caso de estudio en la asignatura Bases de Datos del Grado en Ingenier a Informatica. Los alumnos han valorado el resultado positivamente, mostrando un claro interes en usar mas la herramienta el proximo curso.
Como trabajo futuro proponemos la realizacion de un caso de estudio mas amplio en la asignatura el proximo curso, utilizando las nuevas funciones del juego que permiten establecer diversos retos a los alumnos. Con esos datos proponemos contrastar el uso de los modelos obtenidos para evaluar competencias educativas en diferentes grupos de estudiantes: aquellos que tardan mas en hacer el diagrama, los que consultan mas veces los requisitos, etc., para proporcionar un soporte personalizado a su aprendizaje.
Este trabajo ha sido nanciado parcialmente por el proyecto VISAIGLE (codigo TIN2017-85797-R) y por la convocatoria de Innovacion Docente de la Universidad de Cadiz 2020/21 \Proyecto de Innovacion Docente de la UCA" (codigo sol-202000162258-tra).