Download Versión para imprimir - Revistas Académicas

3er Congreso Internacional de Ingeniería Mecatrónica - UNAB
1
Aplicación de un LMS (Sistema de gestión de
aprendizaje) bajo el estándar SCORM en el
diseño de un curso virtual de
microcontroladores PSoC (Programmable
System on Chip)
J. Araque, Universidad de Pamplona.

Resúmen—En el presente artículo se muestra el uso de
herramientas tecnológicas educativas tales como los LMS o
sistemas de gestión de aprendizaje y el estándar SCORM en el
desarrollo de un curso virtual de microcontroladores PSoC® de
Cypress Semiconductor®, dispositivos revolucionarios que
combinan electrónica análoga y digital programable y una CPU
en el mismo chip. Aunque se pretende que el curso virtual sea
implementado en la plataforma tecnológica Academusoft de la
Universidad de Pamplona, el uso del estándar SCORM permitirá
que el curso pueda ser exportado a cualquier LMS que soporte
dicha especificación.
Palabras clave— SCORM, LMS, Aula virtual, PSoC.
I. INTRODUCCIÓN
E
l uso de tecnologías de la información y las
comunicaciones (TICS) por parte de instituciones de
educación superior en el aula de clases ha permitido eliminar
las barreras del tiempo y el espacio, permitiendo que hoy en
día los estudiantes puedan tomar un curso de forma parcial o
total en la modalidad virtual. Estas herramientas tecnológicas
a su vez, han permitido que los docentes cuenten con
“espacios” más amplios y versátiles en los cuales desarrollar
sus cursos, tomando como apoyo los EVA (Entornos virtuales
de aprendizaje), los cuales no vienen a ser un reemplazo del
docente sino más bien una extensión del mismo, permitiéndole
a éste ejercer un rol de orientador más claro y definido,
además de permitirle mejorar la interacción con los estudiantes
aprovechando las herramientas sincrónicas y asincrónicas que
los EVA ofrecen.
Por otro lado, la incorporación de tecnologías emergentes en
los planes de estudio es una característica que permite a los
Recibido el 03 de Agosto de 2011. Este trabajo fue apoyado por la
dirección de investigaciones de la Universidad de Pamplona.
J. Araque es docente y director del programa de Ingeniería Electrónica de
la Universidad de Pamplona (+7) 5685303 ext. 164, 153,
([email protected]).
programas académicos mantener actualizado su currículo y
desarrollar competencias acordes al desarrollo en un área del
saber en particular. Es el caso de un dispositivo programable
desarrollado por Cypress Semiconductor conocido como
PSoC, o sistema programable sobre un chip, que actualmente
está revolucionando el mercado de los microcontroladores al
ofrecer electrónica análoga y digital programable, mas una
CPU, todo sobre la misma pastilla de silicio, convirtiéndose en
un auténtico dispositivo “embebido”. La poca información
existente en español acerca del tema y la corta edad del
dispositivo en el mercado han contribuido a que esta
tecnología no sea muy conocida en el país y no se haya
masificado su uso. Es por eso que se propone el desarrollo de
un EVA como apoyo a un curso de microcontroladores PSoC
de Cypress Semiconductor que pueda ser utilizado para
soportar una asignatura electiva o de carrera en áreas de
ingeniería electrónica, mecatrónica, sistemas, de control, etc…
Es importante además que los contenidos desarrollados para el
curso sean compatibles con distintos LMS para asegurar su
portabilidad y usabilidad en varias plataformas tales como
Moodle o Blackboard® .
II. LOS MICROCONTROLADORES PSOC
A. Sistema Programable sobre un chip
PSoC es la abreviatura de Programmable System on Chip o
Sistema Programable sobre un Chip. Estos dispositivos fueron
introducidos a mediados de la primera década del siglo XXI
por una compañia llamada Cypress Semiconductor. A
diferencia de un microcontrolador ordinario, por ejemplo, en
el cual su arquitectura interna es fija, en un dispositivo PSoC
se cuenta con una arquitectura flexible que puede ser adaptada
a nuestras necesidades para lograr mayor eficiencia en la
aplicación, al estilo de los bloques de construcción, tal como
se aprecia en la figura 1:
3er Congreso Internacional de Ingeniería Mecatrónica - UNAB
2
discretos en aplicaciones basadas en MCU’s tradicionales por
un solo dispositivo programable de bajo costo. Los
dispositivos PsoC incluyen bloques de electrónica análoga y
digital programables así como un sistema de interconexión
programable.
Como se ilustra en la figura 3, la arquitectura de los
dispositivos PsoC está compuesta por cuatro áreas principales:
Fig. 1. Imagen comercial de un PsoC
-PsoC Core o núcleo.
-Sistema digital.
-Sistema analógico.
-Recursos del sistema.
Un microcontrolador PSoC es un dispositivo que integra una
CPU, electrónica analógica programable y electrónica digital
programable sobre el mismo chip. A diferencia de un
microcontrolador ordinario en el cual la arquitectura es fija, en
un PSoC la arquitectura es flexible y programable, esto
permite que el usuario pueda desarrollar aplicaciones
integrando la mayor parte de la electrónica necesaria en un
solo dispositivo, personalizandolo para que se adapte mejor a
los requerimientos del sistema. Otra diferencia es que el
usuario puede también incluir gran parte de la electrónica
analógica necesaria en el mismo chip para por ejemplo,
amplificar o filtrar las señales provenientes de sensores antes
de realizar el procesado digital. La consecuencia inmediata es
la reducción del costo y tiempo de desarrollo de aplicaciones,
debido a que se necesitan menos componentes externos y
menor espacio en las PCB (Placas de circuito impreso). Un
ejemplo de ello se muestra en la figura 2, donde se aprecia
como para una aplicación de comunicaciones, PSoC reduce de
12 C.I. a tan solo 3 C.I. integrando detección de FSK,
monitoreo de tensión, DTMF y generación de tono [1],[2].
Fig. 3. Arquitectura de los PsoC.
PsoC Core
El núcleo o Core de los PsoC está basada en el poderoso
procesador M8C, el cual puede correr hasta los 24 MHz,
basado en una arquitectura Harvard de 8 bits con hasta 4 MIPS
(4 Millónes de ermitiéndole por segundo). La CPU utiliza
un controlador de interrupciones con 25 vectores (Un
microcontrolador PIC gama media solo tiene un vector de
interrupciones), simplificando las tareas de programación de
eventos en tiempo real embebidos.
Fig. 2. Aplicación de comunicaciones. A. Sin PsoC
b. Con PsoC.
B. Arquitectura de los PsoC
Los microcontroladores PsoC consisten de un grupo de
arreglos o matrices de señal mixta (análoga y digital) con
controladores de dispositivos en el mismo chip. Estos
dispositivos son diseñados para reemplazar componentes
La memoria FLASH de programa llega hasta los 32 KB, la
memoria SRAM para almacenamiento de datos llega a los 2
KB y se tiene una memoria EEPROM emulada usando parte
de la FLASH hasta de 2 KB. La memoria de programa
FLASH utiliza cuatro niveles de protección de 64 Bytes
ermitiéndole al usuario proteger el código programado en el
dispositivo por medio de una IP (Identificación personal) para
evitar plagios.
3er Congreso Internacional de Ingeniería Mecatrónica - UNAB
3
Recursos del sistema
Sistema digital
El sistema digital está compuesto por 16 bloques digitales
pSoC. Cada bloque es un recurso de 8 bits que puede ser
usado solo o combinado con otros bloques para conformar
periféricos de 8, 16, 24 o 32 bits, los cuales se denominan
“referencias de módulos de usuario”. Las configuraciones de
periféricos digitales incluyen las siguientes:







PWM’s (8 a 32 bits)
PWM’s con banda muerta 8 a 32 bits)
Contadores (8 a 32 bits)
Timers (8 a32 bits)
UART de 8 bits (hasta 4)
SPI en modo maestro o esclavo (hasta 4 de cada tipo)
I2C en modo multi-maestro y esclavo (1 disponible
como recurso del sistema).
 Generador-detector de redundacia cíclica (8 a 32 bits).
 Generadores de secuencia Pseudo-aleatoria (8 a 32
bits).
-Los divisores digitales de reloj brindan tres frecuencias de
reloj personalizables. Los relojes pueden ser ruteados tanto al
sistema de bloques digital como al sistema de bloques
analógico.
-Dos unidades MAC (Multiplicación y acarreo) brindan una
multiplicación rápida con operandos de 8 bits con un
acumulador de 32 bits, muy utilizada en filtros digitales.
-El decimador ofrece un filtro hardware personalizable para
señales digitales y aplicaciones de procesado, incluyendo la
creación de ADC’s Delta-Sigma.
-El módulo I2C brinda comunicación a 100 KHz y 400 KHz a
través de 2 hilos.
Sistema analógico
El sistema analógico está compuesto por 12 bloques
configurables, cada uno comprendido por una circuitería
basada en amplificador operacional, permitiendo la creación
de flujos de señal analógica complejos. Los periféricos
análogos son muy flexibles y pueden ser personalizados para
soportar los requerimientos específicos de la aplicación.
Algunas de las funciones analógicas más comunes de los
PsoC, muchas de ellas disponibles como módulos de usuario,
son:
-Hasta 4 conversores Análogo-digital con resoluciones de 6 a
14 bits, seleccionables entre los tipos incremental, Delta-sigma
y SAR.
-Filtros de 2,4,6 y 8 polos de tipo pasa-banda, pasa-baja y
notch.
-Hasta 4 amplificadores con ganancia programable (48x máx.).
-Hasta 2 amplificadores de instrumentación con ganancia
programable (93x máx.).
-Hasta 4 comparadores
programables.
Los recursos del sistema, algunos de los cuales fueron
nombrados en los apartados anteriores, proporcionan
capacidad adicional de utilidad para sistemas completos. Los
recursos adicionales del sistema incluyen un multiplicador,
decimador, detección de bajo voltaje, entre otros. A
continuación se presenta una breve descripción de los recursos
del sistema más relevantes:
de
voltaje
con
16
niveles
-Hasta 4 conversores Digital-análogo con resoluciones de 6 a 9
bits.
Los bloques análogos están dispuestos en columnas de tres, las
cuales incluyen un bloque CT (de tiempo continuo) y dos
bloques SC (de capacitor conmutado).
-Las características de detección de bajo voltaje (LVD)
pueden indicarle al PsoC que se han aplicado niveles bajos de
voltaje.
-La referencia interna de voltaje de 1.3 V brinda una absoluta
referencia interna para el sistema análogo, incluyendo ADC’s
y DAC’s.
-Una fuente conmutada interna genera voltajes de operación
normal de una fuente externa de 1.2 V, tal como una batería.
III. LMS (SISTEMAS DE GESTIÓN DE APRENDIZAJE) ,EVA
(ENTORNO VIRTUAL DE APRENDIZAJE) Y SCORM
A. LMS
Los LMS son sistemas basados en internet que integran un
amplio rango de herramientas pedagógicas y de
administración. Estos sistemas tienen la capacidad para crear
EVA’s (Entornos virtuales de aprendizaje), incluso son
utilizados para desarrollar universidades virtuales totalmente
en línea.
Se están convirtiendo en una herramienta
omnipresente en universidades de todo el mundo, añadiendo
una dimensión virtual incluso para las instituciones más
tradicionales basadas en un campus físico [3].
Un LMS provee módulos para los procesos administrativos y
de seguimiento que se requieren para un sistema de
aprendizaje, simplificando el control de estas tareas. Los
módulos administrativos permiten, por ejemplo, configurar
3er Congreso Internacional de Ingeniería Mecatrónica - UNAB
4
cursos, matricular estudiantes, registrar profesores, asignar
cursos, llevar informes de progreso y calificaciones entre otras.
-Desarrollan habilidades para resolver problemas de alto nivel,
especialmente problemas poco estructurados.
Entre los LMS propietarios (comerciales) podemos encontrar:
-Hacen del aprendizaje una experiencia personal para el
estudiante.
-Blackboard
-Catedr@
-Desire2Learn
-eCollege
-Fronter
-Saba Learning
-WebCT
-Modelan la complejidad y la incertidumbre de trabajar en el
mundo real.
-Pueden adaptarse con facilidad a un amplio rango de estilos
de aprendizaje.
Tambien existen LMS de código abierto, denominados
comúnmente como sistemas libres, entre los cuales podemos
citar:
-Moodle
-Atutor
-Docebo
-Claroline
-Dokeos
-Proyecto Sakai
Aunque las funcionalidades que ofrecen los LMS varían
dependiendo de los estándares que estos adoptan, típicamente
brindan herramientas para administración de cursos y
funciones pedagógicas de diferente sofisticación y
potencialidad, tales como [3]:
-Comunicación sincrónica y asincrónica
mensajería instantánea, foros).
-Los estudiantes de hoy se sienten muy cómodos con el uso de
la tecnología y son muy efectivos al procesar la información en
este formato.
C. SCORM
SCORM (Sharable Content Object Reference Model) es un
conjunto de normas técnicas que permiten a los LMS importar
y reutilizar contenidos de aprendizaje que se ajusten al
estándar. Con SCORM se hace posible el crear contenidos
que puedan importarse dentro de sistemas de gestión de
aprendizaje diferentes, siempre que estos soporten dicha
norma.
D. AULAS IG®
(e-mail, chat,
-Desarrollo y entrega de contenidos.
-Evaluaciones en línea.
-Manejo de cursos y usuarios.
B. EVA
Según Adell, Castellet y Pascual (citado por Silva Quiroz) un
entorno virtual de aprendizaje (EVA) “es una aplicación
diseñada para facilitar la comunicación pedagógica entre los
participantes en un proceso educativo, sea este completamente
a distancia, presencial o de naturaleza mixta que combine
ambas modalidades en diversas proporciones” [4].
Los EVA son hoy en día bastante comunes en la mayoría de
instituciones de educación superior debido a que presentan una
serie de ventajas tales como [5]:
-Permiten a los estudiantes controlar el proceso de
aprendizaje.
Fig. 4. Aula IG
Las Aulas IG son un entorno de aprendizaje virtual que
ofrecen una comunicación sincrónica y asincrónica entre los
actores del proceso, brindan tanto a docentes como
estudiantes la participación activa mediante un conjunto de
herramientas que facilitan la interacción como: Chat, Foros,
Glosarios, Búsquedas, Mensajería instantánea, Encuestas,
Actividades recientes, Actividades pendientes, Preguntas
frecuentes, Calendarios de eventos, entre otros.
IG nace bajo
(Interconecting
través de la
distribuidos en
el concepto de las redes interconectadas
Gread), el cual es aplicado al Aula IG, a
creación de módulos o mini aplicativos
cualquier parte en Internet usados para el
3er Congreso Internacional de Ingeniería Mecatrónica - UNAB
5
almacenamiento de los contenidos Scorm de las Asignaturas
consiguiendo con esto un crecimiento sin límites de las mismas
(Contenidos).
La creación de los contenidos se basó principalmente en la
documentación técnica del fabricante, llevando los conceptos a
un nivel entendible por el estudiante. Además, para la
verificación práctica se cuenta con una serie de tarjetas de
entrenamiento (PsoC1 Eval KIT) que permitirán a los
estudiantes desarrollar prácticas de laboratorio propuestas a lo
largo del curso.
IV. CREACIÓN DE CONTENIDOS DEL CURSO BAJO EL
ESTÁNDAR SCORM
Como se mencionó anteriormente, SCORM permite crear
contenidos que pueden ser importados a cualquier LMS que
soporte dicha especificación. Aulas IG fue diseñada para
soportar paquetes SCORM por lo que el diseño de los
contenidos del curso se desarrolló bajo este estándar.
Actualmente existen muchas herramientas que permiten la
creación de contenidos y su exportación como un paquete
SCORM. Se decidió utilizar el software eXeLearning® el
cual es un proyecto gratuito (Open Source) para asistir a
docentes y académicos en la publicación de contenido web sin
la necesidad de conocimientos profundos de HTML o XML.
Los contenidos desarrollados en eXe pueden ser exportados a
SCORM 1.2.
Aunque los contenidos generados con eXeLearning tienen una
apariencia bastante profesional y ordenada, por si solos no
ofrecen un ambiente completo de aprendizaje, por lo que hace
falta un LMS que permita además de la interacción con
contenidos por parte del estudiante, un entorno virtual con
espacios de participación, colaboración e intercambio
eficiente. También se requiere la administración del curso, de
tal manera que sea posible gestionar contenidos,
calificaciones, asistencia, evaluaciones, etc. Como se vio
anteriormente, Aulas IG ofrece un conjunto de funcionalidades
que permiten el desarrollo completo de un entorno virtual de
aprendizaje, junto con las enormes posibilidades para su
administración. El Aula IG se compone de “Portles” en los
cuales el estudiante o el docente cuentan con todas las
herramientas necesarias para llevar a cabo el proceso de
enseñanza-aprendizaje. Cabe destacar:
Fig. 5. Ventana principal de eXeLearning
El paquete eXeLearning permite crear contenido web
dinámico en el cual el docente puede insertar texto, audio y
video con gran facilidad, además de permitir desarrollar
actividades de evaluación y seguimiento del estudiante.
-Herramientas de evaluación programadas en el curso. Dentro
de estas herramientas están: foro, chat, autoevaluaciones,
evaluaciones y talleres.
-Informes de actividades y seguimiento al estudiante.
-Herramientas de participación del estudiante, dentro de éstas
están: el glosario y preguntas frecuentes.
-Búsqueda en foros, de las respuestas de forma avanzada.
-Navegación sobre el contenido SCORM de la materia, con la
evaluación en cada ítem del contenido que verifica si aprueba
o no cada uno.-Posibilidad de alertas, en porlets de las
actividades pendientes del calendario, de actividades recientes
Fig. 6. Portlet Aula IG
-Consulta de notas por parte de los estudiantes en su ambiente
virtual.
como nuevas palabras en el glosario, nuevas respuestas en el
foro y nuevas preguntas frecuentes por parte de los estudiantes
de la materia.
-Herramientas de comunicación entre usuarios con la
mensajería instantánea y el chat.
-Mensajería fuera de línea entre el docente y los estudiantes.
Participación en una encuesta activa en el grupo.
3er Congreso Internacional de Ingeniería Mecatrónica - UNAB
6
V. CONCLUSIONES
REFERENCIAS
[1]
-Los entornos virtuales de aprendizaje (EVAs) son una
herramienta de apoyo pedagógico muy poderosa que permiten
a los docentes enriquecer la experiencia en el aula de clases.
-En la época actual los estudiantes son más receptivos hacia la
información a través de canales menos convencionales, como
las tecnologías informáticas.
-El curso permitirá que los estudiantes que tengan acceso a
este, adquieran competencias en el desarrollo de aplicaciones
basadas en PsoC (Programmable System on Chip).
-La virtualización de cursos no implica la desaparición del
docente, sino más bien, un cambio positivo que involucra un
rol más orientador.
-Los EVA enriquecen las formas de compartir información
involucrando los recursos multimedia, la interacción y
eliminando las barreras de tiempo y espacio típicas de los
campus físicos.
Programmable System on Chip Brochure. Cypress Semiconductor
Corp. 2010.
[2] R. Ashby. Designer’s Guide to the Cypress PSoC. Elsevier Inc,
Burlington, 2005.
[3] H. Coates, R. James y G. Baldwin. “A critical examination of the effects
of Learning management systems on university”. Tertiary Education
and Management, vol 11, pp. 19-36, 2005.
[4] J. Silva. “Diseño y moderación de entornos virtuales de aprendizaje
(EVA)”. Barcelona: Editorial UOC (166 pag.), 2011.
[5] B. Follows. “Virtual Learning Environments”. T.H.E. Journal, Nov
1999, pp 100.
[6] Mejía, A. “Didáctica universitaria en entornos virtuales de Enseñanzaaprendizaje”. Journal of Science Education, 9(1), 62-62. 2008.
[7] Ferreiro, R. F., & De Napoli, A. “Más allá del salón de clases: Los
nuevos ambientes de aprendizajes”. Revista Complutense De
Educación, 19(2), 333-333-346. 2008.
[8] Iriarte-Solis, A. “Laboratorios virtuales en la enseñanza a distancia.
Distance Learning”, 7(4), 45-45-50. 2010.
[9] Konstantinidis, A., Tsiatsos, T., & Pomportsis, A. “Collaborative virtual
learning environments: Design and evaluation”, 44(2), 279-279-304.
2009.
[10] Woodill, G. “The evolution of learning management systems". Canadian
HR Reporter, 20(8), 14-14,16. 2007.
[11] Martinez Caro, E. The improvement in the quality of education via
virtual learning environments. Universidad Politécnica de Cartagena
(Spain)).2005.