Investigadores de la Universidad de Calgary en Canadá han desarrollado una nueva herramienta llamada "Augmented Physics", diseñada para transformar los diagramas estáticos de los libros de texto de física en simulaciones interactivas, revolucionando así la enseñanza de la física.

Esta herramienta utiliza tecnología avanzada de visión artificial, como Segment Anything y modelos de lenguaje grandes multimodales, permitiendo a profesores y alumnos extraer diagramas de las páginas de los libros de texto de forma semiautomática y generar simulaciones interactivas a partir del contenido extraído.

"Augmented Physics" admite varios tipos de simulaciones, que abarcan el movimiento newtoniano, la óptica, los circuitos y las animaciones cíclicas, entre otros. Los usuarios pueden, mediante un sencillo proceso de creación, seleccionar objetos específicos dentro del diagrama para segmentarlos, manipular estos objetos segmentados y ajustar los valores de los parámetros, interactuando dinámicamente con los resultados de la simulación.

Estas salidas visuales interactivas se superponen sin problemas a los PDF de los libros de texto, presentándose a través de una interfaz web, lo que permite a los estudiantes aprender, experimentar y explorar directamente en el libro de texto sin necesidad de buscar información externa o crear simulaciones desde cero.

Los investigadores realizaron un estudio heurístico con siete profesores de física para explorar cuatro estrategias de mejora clave: experimentos mejorados, diagramas animados, enlace bidireccional y visualización de parámetros.

"Augmented Physics" permite a los usuarios manipular directamente los diagramas de los libros de texto, por ejemplo, cambiando la posición de los objetos en un diagrama óptico o el valor de la resistencia en un circuito, y observar los cambios en tiempo real.

Además, la herramienta puede convertir diagramas estáticos en animaciones dinámicas cíclicas, mostrando cómo cambia el proceso físico con el tiempo.

"Augmented Physics" también puede vincular bidireccionalmente los valores de los parámetros del texto con la simulación; por ejemplo, vinculando un valor numérico del texto a la propiedad de compresión de un muelle, permitiendo que el sistema simule la escena según los valores actualizados.

Además, la herramienta puede visualizar los valores de los parámetros de la simulación, por ejemplo, mostrando mediante un gráfico dinámico cómo cambia el ángulo de un péndulo con el tiempo.

Los investigadores evaluaron el sistema mediante una evaluación técnica, un estudio de usabilidad (12 participantes) y entrevistas con expertos (12 profesores de física). Los resultados mostraron que el sistema puede promover una experiencia de aprendizaje de física más atractiva y personalizada.

Los expertos opinaron que el sistema complementa los materiales de aprendizaje existentes (como vídeos y simuladores en línea), en lugar de sustituirlos. Si bien los materiales existentes pueden ser más adecuados para temas ya preparados, esta herramienta ofrece a los educadores una forma de crear materiales de aprendizaje a demanda y personalizados para adaptarse a situaciones específicas, algo que las prácticas existentes no pueden apoyar eficazmente.

En el futuro, los investigadores planean ampliar el sistema a un rango más amplio de áreas de la física, estudiar su potencial de aplicación en el aula y explorar modelos de realidad mixta para mejorar la experiencia de aprendizaje de la física.

Dirección del artículo: https://arxiv.org/pdf/2405.18614