Principles underlying the design of “The Number RACE”, an adaptative computer game for remediation of dyscalculia.

Ana J Wilson, Stanislas Dehaene, Philippe Pinel, Susannah K Revkin, Laurent Cohen and David Cohen (2006) Behavioral and Brain Functions. BioMed

Resumen

Se describen los principios cognitivos y algorítmicos que subyacen al desarrollo del software “The Number RACE”.
Dicho desarrollo se basa en los conocimientos actuales sobre las representaciones cerebrales del número y en la hipótesis de que la discalculia se debe a un déficit en la base del sentido de número o en la unión entre el sentido de número y las representaciones del número simbólicas.
Estos juegos mantienen la dificultad de las tareas dentro de la “zona de desarrollo proximal”, de modo que se minimizan los fallos pero se mantiene el interés mediante el manejo adecuado de la dificultad.
La incidencia de la discalculia es de 3-6% (como la dislexia)

Principios instruccionales

1. Mejorar el sentido del número

El sentido del número se refiere a la representación de las cantidades, a la habilidad de representar, manipular y aproximar cantidades numéricas en un formato no verbal.

TAREA 1: Comparación de números. Incide en las conexiones del surco horizontal intraparietal.


2. Cimentar los vínculos entre las representaciones del número

Se trata de las relaciones entre la representación no verbal del número y otras representaciones como la numeración arábiga o las palabras. Se proponen dos tareas:

TAREA 2: Procedimiento de andamiaje para que el niño confíe cada vez más en las representaciones simbólicas para hacer sus comparaciones numéricas

TAREA 3 : Asociación repetida en la que se presentan los números en tres formatos para que los niños realicen la comparación

3. Conceptualización y automatización de la aritmética


Se trata de incrementar la comprensión y la fluidez de los actos de suma y resta. Los discalcúlicos tienden a utilizar procedimientos de conteo con los dedos muy laboriosos y complicados, mientras que el resto de los niños ya han desarrollado habilidades de conteo verbal, de descomposición y de recuperación desde la memoria.

TAREA 4: Pequeños actos de suma y resta que los niños tienen que resolver antes de hacer la comparación numérica. Las operaciones se refuerzan con representaciones concretas de conjuntos de objetos que van siguiendo las correspondientes transformaciones. La latencia de respuesta se utiliza para ajustar la presión temporal en las tareas aritméticas, animándose a utilizar procedimientos más avanzados como la recuperación de la memoria o la descomposición.

4. Maximizar la motivación

Para mantener la motivación y la atención, se desarrolló un algoritmo adaptativo que mantenía la realización de la tarea en un 75% de aciertos. El entorno es muy reforzante (especialmente adecuado para los niños con DADH) y reduce considerablemente la ansiedad.



Diseño general del juego

Hay dos pantallas principales: la pantalla de comparación y la pantalla tablero

Pantalla de comparación




a) En este ejemplo, el niño es un delfín y tiene que elegir la cantidad mayor antes de que su rival, el cangrejo, se la robe.
b) Aquí sube la dificultad (nivel de complejidad) porque se tienen que realizar sumas y restas.
c) En la pantalla del tablero los niños utilizan los ejemplos ganados para mover su ficha tantas casillas como aciertos hayan tenido. Han de evitar caer en casillas peligro (representadas aquí por anémonas) Una vez que la niña llega a la meta, obtiene su recompensa: un pez para añadirlo a su colección. Cuando gana un número suficiente de peces se desbloquea otro personaje.

Dimensiones adaptativas

El algoritmo de aprendizaje multidimensional adapta constantemente la dificultad del juego a la actuación del niño.
Se utilizan tres dimensiones basadas en los principios de aprendizaje:

1. Distancia: Incrementar la dificultad de la comparación numérica decrementando la distancia entre las dos cantidades a comparar (se usa la ratio de Weber)
2. Velocidad: Se va incrementando la velocidad a la cual los niños han de responder para conseguir que automaticen las representaciones de las cantidades
3. Complejidad conceptual: La dificultad se incrementa de dos maneras:
a. Decrementando la ratio de información no simbólica a simbólica disponible a la hora de tomar una decisión entre dos cantidades en la pantalla de comparación
b. Introduciendo la suma y la resta en los niveles superiores

El algoritmo adaptativo multidimensional

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Resultados

Validación por simulación

Se desarrolló un modelo Matlab para simular el juego de los niños

Vídeo de la simulación:



Validación mediante una prueba con niños:

Se entrenó a 9 niños con dificultades de aprendizaje de matemáticas en un espacio de aprendizaje multidimensional con las tres dimensiones de dificultad:

• Distancia numérica
• Latencia de respuesta
• Complejidad conceptual

Trabajaron media hora cada día, cuatro días a la semana durante cinco semanas. Se observa que el programa se adapta bien a los distintos niveles de aprendizaje iniciales así como a la velocidad de aprendizaje.
La estabilización del porcentaje de aciertos deseado, 75%, no se alcanzaba hasta los 250 ensayos.

El software es de código Java abierto y libre (on-line) y está diseñado para niños de entre 5 y 8 años, aunque puede utilizarse con niños más pequeños.