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Revista Iberoamericana de
Tecnologías del/da
Aprendizaje/Aprendizagem
(Latin-American Learning Technologies Journal)
Una publicación de la Sociedad de la Educación del IEEE
Uma publicação da Sociedade de Educação do IEEE
A publication of the IEEE Education Society
FEB. 2009
VOL. 4
$ÚMERO/$UMBER 1
(ISS$ 1932-8540)
Editorial (en español)…...…………………………………………… Martin Llamas y Manuel Castro
Editorial (en português)……………………………………………...Martin Llamas y Manuel Castro
i
iii
ARTÍCULOS SELECCIO$ADOS /ARTIGOS SELECIO$ADOS SIIE2007
Editores Invitados: Maria José Marcelino, Antonio José Mendes y Baltasar Fernández Manjón
Coordinación en Escritura Colaborativa con PDAs..…………………………………………………...
...……….……Maximiliano Paredes Velasco, Manuel Ortega Cantero y J. Ángel Velázquez Iturbide
1
ARTÍCULOS SELECCIO$ADOS /ARTIGOS SELECIO$ADOS SI$TICE2007
Editores Invitados: Isabel Fernández de Castro, Manuel Ortega Cantero y Baltasar Fernández
Manjón.
A.I.P.O.: Aula Interactiva para Prácticas con Ordenador ...……………………………..……………...
…………………………………..…………… Manuel P. Cuéllar, Fernando Berzal, Pedro González,
$icolás Marín, Javier Martínez-Baena e Ignacio Requena
9
Adaptabilidad de las tecnologías RFID y NFC a un contexto educativo: Una experiencia en trabajo
cooperativo ………………………..........................................................................................................
Salvador Wilfrido $ava Díaz, Gabriel Chavira Juárez, Ramón Hervás Lucas y José Bravo Rodríguez
17
ARTÍCULOS SELECCIO$ADOS /ARTIGOS SELECIO$ADOS TAEE2008
Editores Invitados: Tomás Pollán Santamaría, Bonifacio Martín del Brío, e Inmaculada Plaza
García.
VIII Congreso de Tecnologías Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica, TAEE 2008……………...
…………………….Tomás Pollán Santamaría, Bonifacio Martín del Brío, Inmaculada Plaza García
(Continua en la Contraportada)
25
IEEE-RITA (http://webs.uvigo.es/cesei/RITA)
COSEJO/COSELHO EDITORIAL
Presidente (Editor Jefe):
Martín Llamas Nistal,
Universidad de Vigo, España
Vicepresidente (Coeditor):
Manuel Castro Gil, UNED, España
Miembros:
Melany M. Ciampi, COPEC, Brasil
Javier Quezada Andrade,
ITESM, México
Carlos Vaz do Carvalho,
INESP, Portugal
Edmundo Tovar, UPM, España
Secretaría:
Pedro Pimenta, Universidade do
Minho, Portugal
Francisco Mur, UNED, España
COMITÉ CIETÍFICO
Alfredo Fernández Valmayor,
Universidad Complutense de
Madrid, España
Antonio J. López Martín,
Universidad Estatal de Nuevo
Méjico, USA
Antonio J. Méndez,
Universidad de Coimbra,
Portugal
António Vieira de Castro,
ISEP, Oporto, Portugal
Arturo Molina, ITESM,
México
Baltasar Fernández,
Universidad Complutense de
Madrid, España
Carlos Delgado, Universidad
Carlos III de Madrid, España
Carlos M. Tobar Toledo,
PUC-Campinas, Brasil
Claudio da Rocha Brito,
COPEC, Brasil
Daniel Burgos, Universidad
Abierta de Holanda, Holanda
Fernando Pescador, UPM,
España
Francisco Arcega,
Universidad de Zaragoza,
España
Francisco Azcondo,
Universidad de Cantabria,
España
Francisco Jurado,
Universidad de Jaen, España
Gustavo Rossi, Universidad
Nacional de la Plata,
Argentina
Héctor Morelos, ITESM,
México
Hugo E. Hernández Figueroa,
Universidad de Campinas,
Brasil
Ignacio Aedo, Universidad
Carlos III de Madrid, España
Inmaculada Plaza,
Universidad de Zaragoza,
España
Jaime Muñoz Arteaga,
Universidad Autónoma de
Aguascalientes, México
Jaime Sánchez, Universidad
de Chile, Chile
Javier Pulido, ITESM,
México
J. Ángel Velázquez Iturbide,
Universidad Rey Juan Carlos,
Madrid, España
José Bravo, Universidad de
Castilla La Mancha, España
José Carpio, UNED, España
José Palazzo M. De Oliveira,
UFGRS, Brasil
José Valdeni de Lima,
UFGRS, Brasil
Juan Quemada, UPM, España
Juan Carlos Burguillo Rial,
Universidad de Vigo, España
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
J. Fernando Naveda
Villanueva,
Universidad de Minnesota,
USA
Juan M. Santos Gago,
Universidad de Vigo, España
Luca Botturi, Universidad de
Lugano, Suiza
Luis Anido, Universidad de
Vigo, España
Luis Jaime Neri Vitela,
ITESM, México
Manuel Caeiro Rodríguez,
Universidad de Vigo, España
Manuel Fernández Iglesias,
Universidad de Vigo, España
Manuel Lama Penín,
Universidad de Santiago de
Compostela, España
Manuel Ortega, Universidad
de Castilla La Mancha,
España
M. Felisa Verdejo, UNED,
España
Maria José Patrício
Marcelino, Universidad de
Coimbra, Portugal
Mateo Aboy, Instituto de
Tecnología de Oregón, USA
Miguel Angel Sicilia Urbán,
Universidad de Alcalá,
España
Miguel Rodríguez Artacho,
UNED, España
Óscar Martínez Bonastre,
Universidad Miguel
Hernández de Elche, España
Paloma Díaz, Universidad
Carlos III de Madrid, España
Paulo Días, Universidade do
Minho, Portugal
Rocael Hernández,
Universidad Galileo,
Guatema
Rosa M. Vicari, UFGRS,
Brasil
Regina Motz, Universidad de
La República, Uruguay
Samuel Cruz-Lara, Université
Nancy 2, Francia
Víctor H. Casanova,
Universidad de Brasilia,
Brasil
Vitor Duarte Teodoro,
Universidade Nova de Lisboa,
Portugal
Vladimir Zakharov,
Universidade Estatal Técnica
MADI, Moscú, Rusia
Xabiel García pañeda,
Universidad de Oviedo,
España
Yannis Dimitriadis,
Universidad de Valladolid,
España
IEEE-RITA Vol. 4, Num. 1, Feb. 2009
i
Editorial
Martín Llamas, Senior member, IEEE, y Manuel Castro, Fellow, IEEE
La idea original de IEEE-RITA era
tener una frecuencia cuatrimestral, y aunque
empezó siendo semestral, siempre hemos
trabajado en el camino de conseguir pronto
la edición de cuatro números por año.
Pues bien, ese momento ha llegado,
y en este primer número del Volumen 4 del
año
2009,
iniciamos
la
frecuencia
cuatrimestral, de tal modo que IEEE-RITA
se publicará en Febrero, Mayo, Agosto y
Noviembre de cada año. En principio
reservamos las ediciones de Febrero y
Agosto para números especiales, y Mayo y
Noviembre para números normales.
Los
números
especiales
los
dedicaremos en principio a publicar los
mejores artículos presentados a congresos
de temática relacionada con IEEE-RITA.
Cada selección de artículos de un
congreso o conjunto de artículos con
temática especial tendrá unos editores
invitados responsables de esa edición.
Así
este
número
comienza
primeramente con artículos seleccionados
de
los
congresos
SIIE
(Simposio
Internacional de Informática Educativa) y
SINTICE
(Simposio
Nacional
de
Tecnologías de la Información y las
Comunicaciones
en
la
Educación),
celebrados ambos en el año 2007,
respectivamente en Oporto(Portugal) y
Zaragoza (España).
El SIIE es un
congreso de ámbito internacional que ha
venido
celebrándose
hasta
ahora
alternativamente en España y en Portugal,
con frecuencia anual.
El SINTICE nació junto a la primera
edición del CEDI (Congreso Español De
Informática) y ha venido celebrándose
dentro del CEDI, en las dos ediciones que
ha habido hasta el momento, en los años
2005 y 2007.
Los editores invitados de la selección
del SIIE son Maria José Marcelino, Antonio
José Mendes y Baltasar Fernández Manjón.
El artículo seleccionado fue presentado al
congreso bajo el título de “Marco
Colaborativo para la Comunicación y
Coordinación en CSCL”, pero ha sido
mejorado y ampliado, lo que ha llevado a
modificar el título para hacerlo acorde a su
contenido actualizado: “Coordinación en
Escritura Colaborativa con PDAs.”. Sus
autores son Maximiliano Paredes Velasco,
Manuel Ortega Cantero y J. Ángel
Velázquez Iturbide.
En cuanto al SINTICE, los editores
invitados son Isabel Fernández de Castro,
Manuel Ortega Cantero y Baltasar
Fernández Manjón. Los dos trabajos
seleccionados
son:
“A.I.P.O.:
Aula
Interactiva para Prácticas con Ordenador”,
de Manuel P. Cuéllar, Fernando Berzal,
Pedro González, Nicolás Marín, Javier
Martínez-Baena e Ignacio Requena; y
“Adaptabilidad de las tecnologías RFID y
NFC a un contexto educativo: Una
experiencia en trabajo cooperativo”, de
Salvador Wilfrido Nava Díaz, Gabriel
Chavira Juárez, Ramón Hervás Lucas y
José Bravo Rodríguez.
En cuanto al tercer congreso, se trata
del TAEE2008, cuyos editores invitados son
Tomás Pollán Santamaría, Bonifacio Martín
del Brío, e Inmaculada Plaza García, donde
en “VIII Congreso de Tecnologías Aplicadas
a la Enseñanza de la Electrónica, TAEE
2008” exponen lo qué es este congreso y
los siete artículos seleccionados.
Esperamos que este nuevo número
de Febrero tenga una buena acogida y que
sirva para difundir la investigación y
experiencias dentro del ámbito de la
Sociedad de la Educación en Iberoamérica.
ISSN 1932-8540  IEEE
IEEE-RITA Vol. 4, Num. 1, Feb. 2009
Martín
Llamas
Nistal
es
Ingeniero
de
Telecomunicación (1986) y Doctor Ingeniero de
Telecomunicación (1994), ambos títulos por la
Universidad Politécnica de Madrid. Desde 1987 es
profesor en la ETSI de Telecomunicación de Vigo (de
la que fue subdirector en el período 1994-1997);
actualmente es profesor titular en el Departamento
de Ingeniería Telemática de esa misma Universidad.
Ha dirigido varios proyectos de investigación en el
área de Telemática y es autor o co-autor de más de
200 publicaciones en revistas, capítulos de libros y
congresos nacionales e internacionales. Desde
Diciembre de 1998 a Septiembre de 2003 fue
Director del Área de Tecnologías de la Información y
las Comunicaciones de la Universidad de Vigo.
Miembro de ATI, de ACM, Senior Member del IEEE y
miembro del Comité de Administración de la
Sociedad de Educación del IEEE.. Desde Abril de
2008 es Chairman del Capítulo Español de la
Sociedad de Educación del IEEE.
ii
Manuel Castro Gil es Doctor Ingeniero Industrial y
Catedrático de Universidad. Ha sido Vicerrector de
Nuevas Tecnologías de la UNED, así como
Subdirector de Ordenación Académica y de
Investigación en la Escuela de Ingenieros
Industriales de la UNED, y Director del Centro de
Servicios Informáticos de la UNED, siendo
actualmente Director de Departamento. Ha
participado en numerosos proyectos de investigación
como investigador, coordinador y director y ha
publicado en revistas y congresos, tanto nacionales e
internacionales. Ha publicado igualmente diversos
libros y material multimedia dentro de sus líneas de
investigación y docencia. Es Fellow del IEEE así
como miembro del Comité de Administración de la
Sociedad de Educación del IEEE.
ISSN 1932-8540  IEEE
IEEE-RITA Vol. 4, Num. 1, Feb. 2009
iii
Editorial
Martín Llamas, Senior member, IEEE, e Manuel Castro, Fellow, IEEE
(Traduzido por Carlos Vaz de Carvalho)
A ideia original de IEEE-RITA era ter
uma frequência quadrimestral, e ainda que
começando por ser semestral, sempre
trabalhamos no sentido de conseguir
rapidamente chegar a quatro números por
ano.
Esse momento chegou e neste
primeiro
número
do
Volume
4,
correspondente ao ano de 2009, iniciamos a
frequência quadrimestral, de tal modo que,
a partir de agora, IEEE-RITA se publicará
em Fevereiro, Maio, Agosto e Novembro de
cada ano. Em princípio reservaremos as
edições de Fevereiro e Agosto para
números especiais e Maio e Novembro para
números normais.
Os
números
especiais
serão
dedicados a publicar os melhores artigos
apresentados em congressos da temática
relacionada com IEEE-RITA. Cada selecção
de artigos de um congresso ou conjunto de
artigos com temática especial terá editores
convidados responsáveis por essa edição.
Assim
este
número
começa
primeiramente com artigos seleccionados
dos
congressos
SIIE
(Simpósio
Internacional de Informática Educativa) e
SINTICE
(Simpósio
Nacional
de
Tecnologias da Informação e Comunicação
na Educação), celebrados ambos em 2007,
respectivamente no Porto (Portugal) e
Saragoça (Espanha). SIIE é um congresso
de âmbito internacional que se celebra
alternadamente em Espanha e em Portugal,
com frequência anual. O SINTICE nasceu
com a primeira edição do CEDI (Congresso
Espanhol de Informática) e tem vindo a
integrar-se neste congresso, nas duas
edições que aconteceram nos anos de 2005
e 2007.
Os editores convidados da selecção
do SIIE são Maria José Marcelino, Antonio
José Mendes e Baltasar Fernández Manjón.
O artigo seleccionado foi apresentado no
congresso debaixo do título de “Marco
Colaborativo para la Comunicación y
Coordinación en CSCL”, mas foi melhorado
e ampliado, o que levou a modificar o título
para torná-lo de acordo ao seu conteúdo
actualizado: “Coordinación en Escritura
Colaborativa con PDAs.”. Os seus autores
são Maximiliano Paredes Velasco, Manuel
Ortega Cantero e J. Ángel Velázquez
Iturbide.
Quanto ao SINTICE, os editores
convidados são Isabel Fernández de
Castro, Manuel Ortega Cantero e Baltasar
Fernández Manjón. Os dois trabalhos
seleccionados
são:
“A.I.P.O.:
Aula
Interactiva para Prácticas con Ordenador”,
de Manuel P. Cuéllar, Fernando Berzal,
Pedro González, Nicolás Marín, Javier
Martínez-Baena e Ignacio Requena; e
“Adaptabilidad de las tecnologías RFID y
NFC a un contexto educativo: Una
experiencia en trabajo cooperativo”, de
Salvador Wilfrido Nava Díaz, Gabriel
Chavira Juárez, Ramón Hervás Lucas e
José Bravo Rodríguez.
Quanto ao terceiro congresso, tratase do TAEE2008, cujos editores convidados
são Tomás Pollán Santamaría, Bonifacio
Martín del Brío, e Inmaculada Plaza García,
que em “VIII Congreso de Tecnologías
Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica,
TAEE 2008” expõem o que é este
congresso e os sete artigos seleccionados.
Esperamos que este novo número de
Fevereiro tenha uma boa aceitação e que
sirva para difundir a investigação e
experiências no âmbito da Sociedade de
Educação do IEEE na Comunidade Iberoamericana.
ISSN 1932-8540  IEEE
IEEE-RITA Vol. 4, Num. 1, Feb. 2009
Martín
Llamas
Nistal
é
Engenheiro
de
Telecomunicações (1986) e Doutor Engenheiro de
Telecomunicações
(1994),
pela
Universidad
Politécnica de Madrid. Desde 1987 é professor na
ETSI de Telecomunicación de Vigo (da que foi
subdirector no período 1994-1997); actualmente é
professor titular no Departamento de Engenharia
Telemática dessa mesma Universidade. Dirigiu
vários projectos de investigação na área da
Telemática e é autor ou co-autor de mais de 200
publicações em revistas, capítulos de livros e
congressos nacionais e internacionais. Desde
Dezembro de 1998 a Setembro de 2003 foi Director
da Área de Tecnologias da Informação e
Comunicação da Universidad de Vigo. Membro de
ATI, de ACM, Senior Member do IEEE e membro do
Comité de Administração da Sociedade de Educação
do IEEE. Desde Abril de 2008 é Chairman do
Capítulo Espanhol da Sociedade de Educação do
IEEE.
iv
Manuel Castro Gil é Doutor Engenheiro Industrial e
Catedrático de Universidade. Foi Vice-reitor de
Novas Tecnologias da UNED, assim como
Subdirector de Ordenação Académica e de
Investigação na Escuela de Ingenieros Industriales
da UNED, e Director do Centro de Serviços
Informáticos da UNED, sendo actualmente Director
de Departamento. Participou em numerosos
projectos de investigação como investigador,
coordenador e director e publicou em revistas e
congressos, tanto nacionais como internacionais.
Publicou igualmente diversos livros e material
multimédia dentro das suas linhas de investigação e
docência. É Fellow do IEEE e membro do Comité de
Administração da Sociedade de Educação do IEEE.
ISSN 1932-8540  IEEE
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
1
Coordinación en Escritura Colaborativa con
PDAs
Maximiliano Paredes Velasco, Manuel Ortega Cantero y J. Ángel Velázquez Iturbide
Title— Coordination of Collaborative Writing using PDAs.
Abstract— Communication tools are very important in
collaborative learning environments since students have to
achieve shared outcomes. Communication tools must especially
support the tasks of coordination and decision. However,
implementing these communication tools presents a number of
problems. In this article we describe a framework which
provides students with such communication tools for
collaborative learning activities. In particular, the tools we have
developed support a discussion space for collaborative learning
using ubiquitous computing.
Index Terms— Computer Supported Collaborative Learning,
mobile computing, ubiquitous computing, Collaborative Writing.
I. INTRODUCCIÓN
E
N un ambiente de aprendizaje colaborativo los alumnos
interactúan cooperando con un objetivo común. En este
contexto, el alumno aprende creando un pensamiento crítico.
El alumno juega un papel activo realizando diferentes tareas:
asume responsabilidades, toma decisiones, reflexiona, genera
ideas y conocimiento y expresa y transmite esas ideas a sus
compañeros teniendo que discutir y argumentar sus decisiones
[24]. Muchas de estas tareas son complejas, particularmente la
de expresar y transmitir ideas a los compañeros. Los motivos
que nos han llevado a realizar el trabajo que presentamos en
este artículo sobre la comunicación y coordinación son los
siguientes. El primer motivo es que la comunicación y
coordinación juega un rol importante en el grupo [21], siendo
vital en algunas tareas como por ejemplo la de repartir y
asignar tareas a los miembros del grupo. El segundo motivo es
que es complejo el proceso de comunicar y coordinar
debidamente las intervenciones que producen los alumnos.
Las intervenciones pueden ser de naturaleza muy diferente y
en consecuencia su tratamiento y gestión difieren. El tercer
Maximiliano Paredes Velasco y J. Ángel Velázquez Iturbide son profesores
de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática (ETSII) de la
Universidad Rey Juan Carlos en Madrid; C/ Tulipán S/N, 28933 Móstoles
(Madrid). Sus direcciones de correo electrónico son respectivamente
[email protected] y [email protected].
Manuel Ortega Cantero es profesor de la Escuela Superior de Informática
de la Universidad de Castilla - La Mancha en Ciudad Real; Paseo de la
Universidad, 4, Ciudad Real. Su e-mail es [email protected].
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
motivo es que la estrategia de coordinación y comunicación
juega un rol activo e importante en el plan de trabajo del
grupo. La forma de coordinar a los alumnos depende en gran
medida del tipo de estrategia de trabajo que están empleando.
Por ejemplo, son diferentes los recursos que necesitamos para
coordinar a un grupo de alumnos que trabajan de forma
paralela en el producto que deben generar que a un grupo que
trabaja de forma secuencial.
Nuestro objetivo es definir un marco colaborativo que
articule y organice de forma efectiva un espacio de discusión
donde los alumnos puedan aportar sus ideas y propuestas y
razonar y argumentar la toma de decisión del grupo. Este
marco colaborativo debe ser transparente al dominio de
aprendizaje facilitando así la transferencia del mismo a
diferentes materias o disciplinas de estudio. En este artículo
proponemos este marco colaborativo para actividades de
aprendizaje colaborativo y lo aplicamos al aprendizaje
mediante escritura colaborativa (CSCWr Computer Sopported
Collaborative Writing). De acuerdo a este marco hemos
desarrollado varias herramientas que hemos integrado en una
plataforma de computación ubicua denominada AULA (A
Ubiquitous Language Appliance). Estas herramientas ubicuas
son sensibles al contexto de tal forma que el alumno las puede
utilizar mediante una PDA (Personal Digital Assistant) dentro
y fuera del aula de forma telemática.
En la sección II de este artículo hacemos una revisión más
detallada de la motivación de este trabajo relacionada con
aspectos de conversación y estrategias de coordinación. En la
sección III describimos los principales trabajos relacionados y
en la IV se muestra una valoración de la bondad e
inconvenientes de la utilización de dispositivos de
computación móvil en ambientes de aprendizaje. En la sección
V proponemos el marco colaborativo y describimos las dos
herramientas de AULA más relevantes. En la sección VI
describimos la aplicación del marco en un dominio de
aprendizaje concreto mediante escritura colaborativa. Por
último, en las secciones VII y VIII respectivamente
describimos la arquitectura de la plataforma ubicua y las
conclusiones resultantes del trabajo.
II. CONVERSACIÓN Y ESTRATEGIAS DE COORDINACIÓN
La definición de conversación según la RAE (Real
Academia Española) es “Acción y efecto de hablar
familiarmente una o varias personas con otra u otras”. La
palabra conversación se puede interpretar como “reparto de
ISSN 1932-8540 © IEEE
2
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
turno”. Hay tres aspectos principales en una conversación [6]:
negociar o intercambiar ideas, el juicio de las opiniones o
contribuciones de otros individuos y adquirir nuevo
conocimiento.
No es innecesario decir que la conversación en las
herramientas educativas juega un papel importante. En estos
modelos de aprendizaje cabe destacar dos aspectos
importantes [25]:
• Habilidad cognitiva. Se llevan a cabo, por un lado, tareas
de reconocimiento, definición y representación de problemas,
y por el otro lado, tareas de definición de la estrategia de
solución y de evaluación de todo lo necesario para su praxis
(recursos, monitorización y evaluación del proceso de
solución).
• Habilidades de pensamiento. Se distinguen tres tipos de
pensamientos: pensamiento crítico (análisis, evaluación,
comparación,...), pensamiento creativo (descubrimiento,
invención, suposición,...) y pensamiento práctico (aplicación,
uso,...).
Se conoce como un entorno REAL, Rich Environment for
Active Learning (entorno enriquecido para el aprendizaje
activo), a un entorno asistido en el que varios estudiantes
trabajan en tareas “reales” y colaboran mediante un modelo de
conversación adecuado y guiados por profesores o expertos
[5]. Nosotros nos centramos en tareas “reales” del tipo de
escritura de documentos.
La comunicación entre los miembros de un grupo es muy
importante para coordinar y establecer estrategias de reparto
de tareas. En los ambientes de trabajo en grupo se
identificaron tres tipos de estrategias de coordinación [26]:
pooled, sequential y reciprocal. Los estudios en el campo de la
escritura colaborativa han identificado tres estrategias
similares [21], ver Figura 1:
• Trabajo paralelo. Divide la escritura en subtareas o
trabajos que pueden ser realizados de forma paralela en el
tiempo (suelen corresponder a partes del documento). Todos
los colaboradores trabajan simultáneamente y una vez que
finalizan envían sus productos al resto de sus compañeros.
Paralelo
Estos colaboradores se pueden organizar de forma individual
o en pequeños subgrupos [7]. Por ejemplo, mientras que un
escritor se dedica a revisar que están correctamente escritas las
referencias, otro se puede dedicar a ordenar la bibliografía.
• Trabajo secuencial. El trabajo se distribuye como una
secuencia de tareas en línea. Se divide la tarea de escritura en
varias etapas de tal forma que la salida que produce un
colaborador en una etapa se pasa como entrada a otro
colaborador en la siguiente etapa. Por ejemplo, cada etapa
puede ser una sección del texto, de tal forma que el siguiente
autor escribe la próxima sección, o bien un borrador que se va
completando y cada autor realiza una revisión generando un
nuevo borrador, etc.
• Trabajo recíproco. Los colaboradores trabajan juntos
para crear un producto común, de tal forma que en la
realización de las tareas cada colaborador tiene en cuenta las
contribuciones de los demás. Un ejemplo de esta estrategia de
trabajo son las técnicas de brainstorming [16], en las que se
genera una lista de temas, o incluso un borrador de texto, a la
que los colaboradores añaden fragmentos de texto [17].
Un grupo de escritores puede cambiar de una estrategia de
trabajo a otra durante la realización de la tarea de escritura. La
división de tareas y la coordinación de las mismas no son
triviales. En primer lugar es necesario estudiar cómo se divide
el trabajo y posteriormente estudiar los mecanismos de
planificación y organización de acuerdo a esa división, tales
como convocatorias de reuniones, plazos de entrega de
trabajos, borradores del texto que circulen entre todos los
escritores, etc. En este proceso de reparto y coordinación de
tareas juegan un importante papel los mecanismos de
comunicación.
Nosotros utilizamos una estrategia de trabajo recíproco,
donde las herramientas y utilidades informáticas que han sido
desarrolladas en AULA proporcionan los mecanismos
necesarios para dicha estrategia y soportan la comunicación y
coordinación entre alumnos.
Secuencial
Recíproco
Figura 1. Estrategias de coordinación en escritura colaborativa [21]
III. TRABAJO RELACIONADO
Actualmente hay algunos trabajos que conviene revisemos
para contextualizar mejor aun el trabajo que presentamos en
este artículo. Si bien es cierto que el uso de los dispositivos
móviles se ha extendido considerablemente en los últimos
años hemos de señalar que no ha sido así en el área de
aprendizaje colaborativo.
Como sistemas de aprendizaje genérico cabe destacar el
sistema WELCOME que constituye un portal Web para un
campus universitario [9]. Utiliza red wireless y el acceso al
sistema es de forma asíncrona con dispositivos PDA
(mediante AvantGo), teléfonos móviles (mediante WAP y
ISSN 1932-8540 © IEEE
PAREDES, ORTEGA Y VELÁZQUEZ: COORDINACIÓN EN ESCRITURA COLABORATIVA CON PDAs
SMS) y computadores personales. Proporciona dos tipos de
contenidos o servicios. Unos son contenidos docentes: ofrecen
asignaturas para estudiar por la Web en formatos
independientes de plataforma (pdf, RealVideo y Audio y
Flash). Los otros contenidos son servicios para los alumnos
del campus: tablón de anuncios, agenda, área de cafetería, etc.
En esta misma línea, la de sistemas de apoyo a servicios
educativos en general, hemos de referenciar el proyecto
UniWap para el desarrollo de un portal educativo [20]. Utiliza
tecnología WAP y los alumnos y profesores usan el teléfono
móvil y aplicaciones WebCT y un website mediante
computadores personales.
Centrándonos más en sistemas de aprendizaje colaborativos
con computación móvil hemos de señalar algunos trabajos
relevantes. CLUE (Collaborative-Learning support-system
with an Ubiquitous Environment) es una plataforma para el
aprendizaje soportado por computador en un entorno ubico,
CSUL (Computer Supported Ubiquitous Learning) [12]. La
plataforma propone un entorno que facilita compartir
conocimiento individual y realizar aprendizaje mediante
actividades colaborativas basándose en técnicas Knowledge
Awareness (KA) [13]. La principal aplicación de CLUE ha
sido en el dominio del aprendizaje de un idioma como
segunda lengua, en particular el aprendizaje del inglés por
alumnos japoneses, ESL (English as the Second Learning).
Las sesiones de aprendizaje se centran en que los alumnos
aprendan expresiones idiomáticas correctas según el contexto
(expresiones “polite”). Para ello el sistema tiene en cuenta el
lugar donde está el alumno hablando, a quien está hablando,
etc. El sistema proporciona herramientas que visualizan mapas
conceptuales de tal forma que relacionan conocimiento, gente
y lugares.
Classroom 2000 [1], también conocido como eClass, es un
proyecto que engloba un entorno instrumental particularizado
para el aula que facilita la captura y grabación de experiencias
en clase durante las explicaciones de las lecciones. El entorno
captura las experiencias “en vivo” que se producen durante la
clase, las grabas y proporciona posteriormente herramientas a
los usuarios para que puedan recuperarlas y revisarlas. A lo
largo de la realización de este proyecto se han ido
desarrollando herramientas. En una etapa inicial crearon la
herramienta ClassPad. Esta herramienta permite visionar en
los dispositivos de los alumnos el material utilizado en las
explicaciones de clase, similar a las proyecciones de
PowerPoint, y anotar a mano alzada directamente sobre ellas.
En los experimentos realizados los alumnos utilizaron
dispositivos tablet y handheld. Posteriormente desarrollaron
varios prototipos de herramientas para pizarras electrónicas y
PDAs que permitían capturar y grabar múltiples sesiones
desarrolladas simultáneamente. Soloway y sus colaboradores
desarrollaron varias aplicaciones para dispositivos handheld
con el objeto de medir el impacto de estos dispositivos en la
educación K-12 [3]. Las principales aplicaciones que
desarrollaron fueron PicoMap, Palm Sheets y Critter Wille.
Algunas se basan en combinar el PC y el dispositivo handheld
y otras en trabajar sólo con dispositivos móviles [10]. De estos
3
trabajos cabe destacar PicoMap por su consolidada y amplia
experimentación [10].
PicoMap es una herramienta para definir mapas
conceptuales centrada en el aprendiz (niños de k-12). El mapa
conceptual es representado por un grafo. Los estudiantes
pueden añadir a los arcos un comentario con el objetivo de
clarificar la relación entre las diferentes ideas. Estos mapas se
crean en ficheros de forma local en el dispositivo móvil. Las
versiones originales de PicoMap utilizan un dispositivo Palm
como dispositivo de interacción para el alumno y de
comunicación IR. La infraestructura de las últimas versiones
está constituida por una red LAN wireless y varias Pocket Pc
Ipaq con tarjeta de red inalámbrica que proporciona acceso a
Internet. ImageMap es un sistema de aprendizaje para puesta
en común de ideas en grupo de forma face-to-face enriquecido
con contenidos multimedia y basado en la retroalimentación
de valoraciones de los miembros del grupo [18]. Cada alumno
dispone de un dispositivo handheld conectado a una red local.
El profesor envía a los alumnos una imagen (una foto, un
gráfico, un mapa, etc.) y una pregunta sobre la imagen. Cada
alumno anota en su PDA su valoración sobre la pregunta y es
enviada a un servidor. El proceso de discusión y valoración de
los miembros del grupo se establece cuando dicha imagen y
las contestaciones de los alumnos, superpuestas sobre la
imagen, son mostradas en una pantalla de pared, permitiendo a
alumnos y profesores ver las diferentes valoraciones y
comentarlas. El sistema enriquece el aprendizaje fomentando
la conversación entre los miembros y favorece el diálogo.
Zurita & Nussbaum [27] proporcionan un modelo de
aplicaciones CSCL basado en computación móvil. Este
modelo lo implanta experimentalmente en dos aplicaciones
educativas para niños de segundo curso de la escuela de
educación primaria, centrándose una de ellas en el aprendizaje
del lenguaje y la otra en matemáticas. En ambas aplicaciones
se enseñan conceptos muy básicos (reconocimiento de
palabras por análisis visuales y conocimiento de los números
naturales). Cada alumno tiene su propia PDA y se forman
grupos de tres o cuatro alumnos. Todos los miembros del
grupo tienen un mismo objetivo (en el caso de aprendizaje de
lenguaje es agrupar sílabas para formar palabras y en el de las
matemáticas es ordenar cifras) y para conseguirlo tienen que
interactuar entre ellos proponiendo acciones, participando en
discusiones y argumentando decisiones, siendo necesario
alcanzar consenso en el grupo como política de toma de
decisiones.
IV. COMPUTACIÓN MÓVIL Y CSCL
Son varios los dispositivos de computación móvil que se han
utilizado en el dominio de CSCL. La utilización de estos
dispositivos ha aportado considerables ventajas en las
actividades de aprendizaje colaborativo. Así lo demustran
numerosas experiencias y trabajos. Las Thinking Tags
(etiquetas inteligentes) ayudan al profesor y al alumno en la
construcción de conocimiento social y en las relaciones
cognitivas y afectivas [8]. Los teléfonos móviles facilitan la
comunicación y cooperación entre los estudiantes en el
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
Con el objetivo de organizar la comunicación y
coordinación entre los alumnos inmersos en una tarea de
aprendizaje en grupo nosotros proponemos un marco
coloborativo. De acuerdo a este marco colaborativo hemos
desarrollado unas herramientas de computación ubicua, de las
cuales en este artículo presentamos dos (Correo Electrónico y
Chat). Este marco colaborativo junto con estas dos
herramientas los hemos aplicado al dominio del aprendizaje
mediante composición de texto en grupo.
Charlar que no emite ninguna pieza (en la sección V,
apartado C se motiva esta decisión). Nos centramos
únicamente en las acciones Enviar Mensaje y Charlar que son
el interés de este artículo. La acción Enviar Mensaje emite la
pieza Coordinación. Esta pieza de diálogo permite al alumno
describir planes de actuación y de coordinación así como
razonamientos y argumentos para reforzar estos planes y
contribuciones que haya emitido.
El Modelo del Producto y de las Relaciones organiza las
piezas de diálogo en bloques de información parcial. Estos
bloques contienen el trabajo y aportaciones que realiza el
alumno. Hay dos tipos de bloques: aspectos e ideas. La
información que contiene un bloque de tipo aspecto es de
carácter general y la de un bloque de tipo idea es de carácter
detallado. Una idea contiene parte de la información de un
bloque aspecto pero desarrollada en detalle. Por tanto un
conjunto de ideas refinan y depuran en detalle un aspecto. En
resumen, el trabajo y las propuestas del alumno son
estructurados en un primer nivel en aspectos, los cuales se
refinan en un segundo nivel en ideas. En el dominio de
aprendizaje que nos ocupa, aprender realizando un documento
colaborativamente, los aspectos se transforman en secciones
del documento y las ideas en párrafos de estas secciones.
Estos bloques aspectos e ideas tienes asociado atributos que
recoge meta-información de la tarea colaborativa como por
ejemplo el nombre del autor, contrapropuestas asociadas a un
bloque, argumentos a favor o en contra de que forme parte de
documento final, etc. A partir de este marco colaborativo
hemos desarrollado herramientas que facilitan al alumno la
generación de piezas de diálogo en el escenario de discusión.
Veamos a continuación dos de estas herramientas.
A. Aproximación al marco colaborativo
En la tarea de escritura colaborativa es muy importante el
papel que juegan las contribuciones de los coautores. Nosotros
hemos definido un marco de trabajo que pretende articular y
arbitrar un espacio donde los alumnos puedan discutir y
razonar sobre estas contribuciones.
El marco colaborativo que proponemos se compone de tres
elementos principales: el Modelo del Producto y de las
Relaciones, las piezas básicas de diálogo y las acciones
colaborativas.
Nosotros
hemos
definido
acciones
colaborativas que asumen las actividades que pueden realizar
los alumnos en un escenario virtual de discusión y
argumentación. La realización de una acción por parte de un
alumno produce la emisión de unas piezas básicas de dialogo
sobre el escenario de discusión. Estas piezas caracterizan
mensajes de diálogo entre los participantes. Las piezas de
diálogo son ordenadas y estructuradas para su presentación a
los participantes mediante el Modelo del Producto y de las
Relaciones en forma de árbol (denominado árbol de
intervenciones).
Las acciones colaborativas que identifica el marco son:
Proponer, Contraproponer, Enviar Mensaje, Charlar y Votar.
Una acción puede introducir en el árbol de intervenciones una
o más piezas de diálogo, incluso hay una acción, la acción
B. Herramienta de Correo Electrónico
Esta herramienta integra toda la operatividad necesaria para
la realización de la acción colaborativa Enviar Mensaje. Esta
acción colaborativa produce la pieza de diálogo denominada
Coordinación. La pieza Coordinación modela dos tipos de
intervenciones que se producen en un espacio de discusión y
argumentación: exposición de planes y exposición de
razonamientos. El primer tipo de intervención caracteriza
frases del tipo “mi plan es...” o “podríamos hacer...”, mientras
que el segundo se caracteriza con frases del tipo “es mejor
porque...” o “este texto tiene el inconveniente de...”. El
alumno utiliza esta herramienta principalmente para
comunicar intenciones e ideas que se le ocurren o bien para
matizar y argumentar contribuciones textuales.
La Herramienta de Correo Electrónico es una herramienta
estructurada de acuerdo al Modelo del Producto y de las
Relaciones y organiza las piezas de diálogo Coordinación
emitidas por los alumnos en unidades de información. Estas
unidades de información están asociadas intrínsicamente a las
piezas de diálogo, de tal forma que la emisión de una pieza
conlleva la creación de una unidad de información. Estas
unidades de información se llaman mensaje. Los mensajes
contienen únicamente meta-información que representa el
estado de la tarea de escritura y las opiniones de los coautores.
contexto educativo [4]. El acceso a través de diferentes
dispositivos ubicuos incrementa la productividad de los
estudiantes y la utilización de computadores portátiles laptops
con software de videoconferencia facilita las negociaciones y
discusiones entre los alumnos [23].
Soloway y sus colegas [22] consideran que los dispositivos
PDA potencian el aprendizaje por descubrimiento mediante la
realización de experiencias.
Pero la utilización de dispositivos móviles también presenta
inconvenientes en el ámbito educativo. La capacidad de la
batería, los problemas de cobertura de red y las reticencias
iniciales de uso del dispositivo en los estudiantes noveles son
algunos de los inconvenientes que presentan los dispositivos
móviles tipo PDAs para el estudiante [11]. La poca capacidad
computacional, las limitaciones de la interfaz de usuario y la
reducida capacidad de almacenamiento limitan estos
dispositivos para manejar tareas de sincronización y
coordinación entre usuarios [19]. La escritura de texto
mediante el “puntero” o stylus en usuarios noveles exige
demasiado esfuerzo y atención entorpeciendo la tarea original
del usuario [2].
V. COMUNICACIÓN Y COORDINACIÓN ENTRE ALUMNOS
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PAREDES, ORTEGA Y VELÁZQUEZ: COORDINACIÓN EN ESCRITURA COLABORATIVA CON PDAs
Por tanto, los mensajes no contribuyen de forma directa en la
producción de texto ya que su contenido no forma parte de la
composición. Cada uno de los bloques aspectos e ideas tienen
asociados atributos. El atributo Lista_mensajes de uno de
estos bloques es una lista que contiene las unidades de
información mensaje. El modelo organiza los mensajes de
acuerdo a los bloques aspecto e idea del árbol de
intervenciones. Los mensajes sólo pueden ser emitidos si
están asociados con alguno de estos bloques.
Las unidades de información mensaje contienen los
siguientes datos:
• Destinatarios: es una lista que contiene los nombres de
los alumnos a los que va destinado el mensaje. Como mínimo
debe haber un destinatario para poder emitir un mensaje.
• Tipo destinatario: es un adjetivo que se añade al mensaje
para cada destinatario. Con este dato, el autor del mensaje
puede calificar el grado de importancia y de implicación del
mensaje para cada destinatario. Hay tres tipos posibles de
destinatarios:
o A: destinatarios directos del mensaje. El autor indica que
estos destinatarios deben implicarse directamente en el
mensaje.
o CC: destinatarios indirectos. El autor quiere que estos
destinatarios sean conocedores del mensaje a modo adicional.
o CCO: son destinatarios de tipo CC pero además el autor
quiere que el resto de los destinatarios del mensaje no sean
conscientes de ello. La herramienta hace que en las copias del
mensaje que llegan a todos los destinatarios no figure el
nombre de los destinatarios CCO.
• Asunto: es un campo que relaciona el mensaje con un
bloque aspecto o idea. El mensaje formará parte de la
colección de mensajes del aspecto o idea con el que está
Lista de
mensajes
relacionado. Los aspectos e ideas tienen un texto descriptivo
de su contenido (atributo título). Este texto descriptivo es el
Asunto.
• Cuerpo: es el contenido del mensaje y está formado por
el texto que escribe el alumno para describir sus planes,
argumentos, intenciones, etc. Este texto es de redacción libre y
no sigue la estructura del Modelo del Producto y de las
Relaciones.
La interfaz de usuario de la herramienta es similar a las
herramientas de correo electrónico tradicionales, exceptuando
algunas particularidades del dominio. Esta similitud con las
herramientas de correo tradicionales y la familiaridad que
tienen los alumnos con estas herramientas tradicionales
reducen considerablemente el esfuerzo cognitivo del alumno
en el uso de nuestra herramienta. La herramienta organiza los
mensajes mediante el campo asunto. Cuando un alumno emite
un mensaje, la herramienta obliga a designar como asunto un
título de un aspecto o idea. Los destinatarios de los mensajes
no son direcciones email sino nombres de alumnos del grupo.
La herramienta sólo permite consignar como destinatario a los
alumnos que participan en la actividad. La Figura 2 muestra la
interfaz de usuario; la imagen de la derecha corresponde a la
creación de un mensaje y la de la izquierda a la interfaz que
muestra los mensajes recibidos. El alumno accede a las
operaciones que puede realizar bien mediante iconos de
acceso directo o bien mediante un menú, ambos situados en la
barra de herramientas inferior. La acción colaborativa Enviar
Mensaje es sensible al contexto donde se encuentra el alumno.
El alumno podrá realizar esta acción y emitir la pieza de
diálogo Coordinación sólo cuando su PDA disponga de
comunicación wireless.
Tipo de
destinatario
Destinatario
Árbol CPT
Lista de
destinatarios
5
Contenido del
mensaje
Menú de
comandos
Iconos de acceso
directo a comandos
Figura 2. Herramienta de Correo Electrónico
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Título del
aspecto o idea
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
C. Herramienta Chat
Esta herramienta implementa un sistema de charla
desestructurada en línea proporcionando así un mecanismo de
comunicación síncrona. La comunicación se realiza mediante
frases o mensajes instantáneos de una manera sincronizada.
Esta herramienta integra toda la operativa necesaria para la
realización de la acción colaborativa Charlar. La acción
Charlar es la única acción que no produce ninguna pieza de
diálogo en el árbol de intervención. Esto es debido a que los
elementos de diálogo que se originan durante esta acción
tienen poco peso semántico en la representación del estado de
la tarea de escritura. Veamos con más detalle esta
particularidad. El alumno utiliza la acción Charlar para
mantener una discusión durante el proceso de argumentación
(suelen ser discusiones puntuales y breves). En esta discusión,
el alumno emite frases en forma de eventos instantáneos que
corresponden a impresiones que le van surgiendo durante el
propio proceso de discusión y que llegan a todos los
participantes de la discusión. La aportación a la tarea de
escritura no es estas frases fugaces en sí, sino las conclusiones
a las que llega el alumno una vez concluida la discusión, que a
su vez se transformarán en futuras acciones. Estas
conclusiones son materializadas por otras acciones
colaborativas, como son Proponer, Contraproponer y Votar.
El alumno utiliza esta herramienta principalmente para, o bien
argumentar y matizar su postura, o bien para reforzar
decisiones y contribuciones textuales realizadas. Además, el
alumno también puede utilizar la herramienta para comunicar
planes o intenciones a sus compañeros.
La Figura 3 muestra la interfaz de usuario de la
herramienta. En la parte superior se visualizan las frases que
se emiten durante la charla. Cada una de estas frases va
precedida del nombre del autor. En la parte inferior el alumno
escribe la frase que quiere emitir. Cuando el alumno accede a
la herramienta entra en la discusión que se esté produciendo
en ese momento.
Frases de la
charla
Autor de la
frase
Texto de la
frase
Enviar frase
Figura 3. Herramienta Chat
VI. APLICACIÓN DEL MARCO COLABORATIVO EN
COMPOSICIÓN DE TEXTO
Hemos aplicado la propuesta del marco colaborativo en el
escenario del aprendizaje del inglés como segunda lengua
mediante composición de texto. Las herramientas Correo
Electrónico y Chat las hemos integrado en la plataforma de
computación ubicua AULA. En esta sección describimos una
sesión típica de trabajo realizada con AULA en la que un
pequeño grupo de alumnos escribe un documento en inglés.
Al comenzar la sesión el profesor explica a los alumnos el
tipo de documento que tienen que escribir y les indica el título
del mismo. Como consecuencia de esto en las PDAs de los
alumnos se visualiza el título de la composición y los alumnos
comienzan a escribir fragmentos de texto mediante bloques
aspecto e idea. A continuación proponen estos fragmentos al
grupo. En este momento aparecen los aspectos e ideas de
dicha propuesta (junto con otras propuestas de otros
miembros)
en
todos
los
dispositivos
móviles,
desencadenándose un proceso de discusión entre los alumnos
sobre la validez de dichas propuestas, potenciando así
procesos de argumentación, exposición y razonamiento en los
alumnos. En este escenario surge la necesidad entre los
alumnos de planificar y coordinar la tarea de escritura, siendo
muy conveniente el uso de utilidades que faciliten la
comunicación y coordinación entre los alumnos
(especialmente los que no se encuentren presencialmente en el
aula) como las que propone el marco colaborativo. Las
herramientas Correo Electrónico y Chat aportan una
importante ayuda en este momento. Además, los alumnos que
se encuentren presencialmente en el aula podrán argumentar y
exponer sus ideas de forma verbal y mediante una pizarra de
edición. Una vez consensuadas las propuestas que deben
formar parte del documento y rechazadas definitivamente las
que no, los alumnos se centrarán en la redacción del
documento final añadiendo pequeñas frases y completando de
esta forma el documento.
VII. ARQUITECTURA DE LA PLATAFORMA UBICUA AULA
Los dispositivos que constituyen AULA, así como la
infraestructura de comunicaciones necesaria son: una pizarra
de proyección y edición, un servidor que gestiona la base de
datos del sistema, el Gestor de localización que proporciona al
sistema sensibilidad de contexto, el Coordinador de sesiones
que se encarga de procesar toda la información, gestionar y
coordinar al resto de los dispositivos del aula, y por último los
dispositivos móviles (PDA) que tiene cada uno de los
alumnos.
La infraestructura de comunicaciones consiste en varias
redes (inalámbricas y cableadas): una red de radiofrecuencia
(wifi) que comunican a los dispositivos móviles con el
Coordinador de Sesiones y otra red por infrarrojo que permite
enviar documentos a impresión. Una tercera red por cable
(LAN) completa la comunicación de AULA. La arquitectura
del aula se describe con más detalle en [14,15]. Hay algunas
acciones realizadas por el alumno que modifican el
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PAREDES, ORTEGA Y VELÁZQUEZ: COORDINACIÓN EN ESCRITURA COLABORATIVA CON PDAs
documento, sin embargo hay otras acciones que no lo
modifican. Nosotros hemos identificado cuatro tipos de
acciones:
• Modificación del documento: este tipo de acciones
produce que el contenido del documento sea modificado. Un
ejemplo de estas acciones es cuando el alumno envía una
propuesta al grupo.
• Modificación de atributos: estas acciones cambian el
contenido de los atributos. Esto ocurre por ejemplo cuando el
usuario vota una propuesta.
• Composición individual: estas acciones únicamente
modifican el espacio de trabajo personal.
• Mixta: estas acciones modifican el documento y
atributos. Por ejemplo, la primera vez que una propuesta es
enviada, el documento y los atributos son modificados.
La plataforma está organizada en subsistemas. Algunos de
estos subsistemas están instalados en el Coordinador de
Sesiones referido anteriormente. El subsistema Coordinador
de Composición interpreta las acciones realizadas por el
usuario. Dependiendo de la acción, este módulo hará la tarea
apropiada (ver Figura 4).
Manejador
de trazas
Analizador
Atributos del
Documento
Gestor de
Espacio Común
Codificador
Espacios de
Trabajo
Personal
COORDINADOR DE COMPOSICIÓN
Figura 4. Arquitectura de la coordinación del trabajo del grupo
Las tareas de este subsistema son:
• Empaquetar y desempaquetar mensajes. Los mensajes
que circulan entre el Coordinador de Composición y las PDAs
son codificados. El módulo Codificador se encarga de
gestionar el empaquetamiento/desempaquetamiento de los
mensajes.
• Interpretar los mensajes recibidos. El Analizador
interpreta el mensaje y deduce el tipo de acción que debe ser
realizada. Después, el analizador reenvía la acción al módulo
apropiado.
• Realizar la acción. Dependiendo de la clase de acción
que ha interpretado el Analizador, el sistema tiene que realizar
diferentes tareas. El módulo Atributos del Documento se
encargará de modificar los atributos del objeto compartido
(bloques aspecto e idea del documento). El Gestor de Espacio
Común actualizará el documento y su nueva imagen será
enviada a todos las PDAs. El módulo Espacios de Trabajo
Personal actualizará el trabajo individual del usuario.
• Grabar trazas. Las acciones realizadas por los alumnos
quedan grabadas de una forma persistente en una base de
7
datos del sistema. Esta traza almacena la siguiente
información: identificación del usuario, acción y sus
características y la información de contexto (día y hora en la
que se realiza, dentro o fuera del aula, etc.). El Manejador de
trazas se encarga de realizar esta tarea.
VIII. CONCLUSIONES
En este artículo hemos presentado un marco que soporta de
forma efectiva un espacio para la propuesta de contribuciones,
discusión y argumentación entre los alumnos inmersos en una
tarea de aprendizaje colaborativo soportado por computación
ubicua. Esta etapa del aprendizaje constituye la etapa más
activa para el alumno. En ella, los alumnos asumen un rol
comprometido con la organización, coordinación y realización
del trabajo en grupo, teniendo que valorar nuevas ideas de
otros compañeros y exponer y defender sus ideas, propiciando
todo ello el desarrollo de un juicio crítico que fomenta el
aprendizaje.
El marco que hemos propuesto guía la coordinación del
trabajo colaborativo basado en la estrategia de coordinación
recíproca. Este marco se apoya en una serie de acciones, ya
sean en un ambiente de trabajo individual o colaborativo. Las
acciones colaborativas generan piezas o fragmentos de
diálogo que, junto con el producto resultante del trabajo, son
organizadas y presentadas a los participantes mediante
diferentes modelos (en este artículo nos hemos centrado en el
Modelo del Producto y de las Relaciones). AULA proporciona
herramientas telemáticas de computación ubicua que facilitan
el marco colaborativo propuesto basándose en estos modelos.
A partir del trabajo realizado se abren interesantes y
prometedoras líneas futuras de investigación; en algunas de
las cuales ya estamos trabajando. Actualmente hemos llevado
a cabo un proceso de experimentación en el que varios grupos
de alumnos realizan composiciones de texto (unos utilizando
AULA y otros sin utilizarla) y hemos medido la eficiencia de
aprendizaje. En estos momentos ya está concluida la
experimentación y estamos en fases de estudio y análisis de
los resultados.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido financiado por la ayuda del proyecto
“mGUIDE: Mobile Groupware User Interface DEvelopment”
(PBC08-0006-5212) de la Junta de Comunidades de Castilla –
La Mancha.
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Distributed Learning Environments Workshop. San Antonio, Texas,
EEUU.
Maximiliano Paredes Velasco nació en Puertollano
(Ciudad Real) en 1970. Obtuvo el título de Ingeniero
Técnico en Informática de Sistemas en 1995 por la
Universidad de Castilla – La Mancha. En 1998 obtuvo el
título de Ingeniero de Informática por la Universidad de
Sevilla. Recibió el título de Doctor por la Universidad de
Castilla – La Mancha en 2006. En 1998 comenzó a
trabar como profesor a tiempo parcial en la Universidad
de Alcalá de Henares. Desde el año 1999 está vinculado
al Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos I de la Universidad
Rey Juan Carlos en Madrid donde desarrolla su labor docente e investigadora
como profesor titular de universidad interino. Su investigación se centra en
aprendizaje colaborativo, computación ubicua e interacción personaordenador. Es autor de varios artículos internacionales y numerosas ponencias
en congresos. El Dr. Paredes forma parte del equipo directivo de la Asociación
para el Desarrollo de la Informática Educativa (ADIE).
Manuel Ortega Cantero nació en Albacete en 1960.
En 1982 obtuvo el título de Licenciado en Química por
la Universidad Autónoma de Barcelona. Obtuvo el título
de Doctor en Ciencias por la Universidad Autónoma de
Barcelona en 1990. Desde el año 1990 está vinculado al
Departamento de Tecnologías y Sistemas de
Información de la Universidad de Castilla - La Mancha
en Ciudad Real donde desempeña labores docentes e
investigadoras como Catedrático de Universidad. Su
investigación se centra en el trabajo cooperativo soportado por computador,
ael prendizaje colaborativo, la computación ubicua y la interacción personaordenador. Es autor de múltiples artículos en revistas y congresos
internacionales. El Dr. Ortega es presidente de la Asociación para el
Desarrollo de la Informática Educativa (ADIE).
J. Ángel Velázquez Iturbide nació en Madrid en 1962.
Obtuvo por la Universidad Politécnica de Madrid los
títulos de Licenciado en Informática en 1985 y de
Doctor en Informática en 1990. En 1985 ingresó como
profesor en la Universidad Politécnica de Madrid.
Desde el año 1997 está vinculado al Departamento de
Lenguajes y Sistemas Informáticos I de la Universidad
Rey Juan Carlos donde actualmente desempeña labores
docentes e investigadoras como Catedrático de
Universidad. Su investigación se centra en visualización de programas,
informática educativa y metodología de la programación. Es autor de
múltiples artículos en revistas internacionales y congresos internacionales. El
Dr. Velázquez es secretario de la Asociación para el Desarrollo de la
Informática Educativa (ADIE).
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A.I.P.O.: Aula Interactiva para Prácticas con
Ordenador
Manuel P. Cuéllar, Fernando Berzal, Miembro, IEEE Computer Society, Pedro González, Nicolás Marı́n,
Miembro, IEEE Computer Society, Javier Martı́nez-Baena e Ignacio Requena
Title—A.I.P.O.:
practice.
Computer-aided
interactive
teaching
in
Abstract—This work describes AIPO, a Learning Management
System designed for subjects with a high degree of computer
practice. AIPO has been developed to give support for a previous
system called Remote Query Navigator. The main idea besides
AIPO is to monitorize the proccess of doubt resolution in
computer classrooms: students ask questions from their PC to the
teacher remotely; then the teacher takes control of the student’s
PC and solves the queries. During this process, the teacher
can save relevant information regarding the problem resolution,
which is stored in a Multimedia Database in the web. Students
are able to interact with this database during their study time.
AIPO also includes other features widely used in other LMSs
like user (student and teacher) management, online homework
submission and upload/download of electronic resources.
Index Terms—Learning Management, Course Management,
Multi-Agent Systems
I. I NTRODUCCI ÓN
L
OS avances tecnológicos y el incremento del uso de
Internet han supuesto grandes cambios en la sociedad en
los últimos años. Este hecho ha propiciado la utilización de las
nuevas tecnologı́as en ámbitos docentes. Por ejemplo, existen
multitud de tutoriales electrónicos, simuladores, software de
apoyo para el aprendizaje, asistentes web para seguimiento
del alumnado y cursos virtuales [5][6][7][8], etc.
Uno de los aspectos clave en la docencia es la resolución de
las dudas que pueda plantear el estudiante. El profesor suele
poner a disposición del alumno diferentes medios para ello:
entrevistas personales, telefónicas, consultas por e-mail, etc.
El tiempo invertido por el profesor en esta tarea puede ser
elevado, llegando a crecer en orden lineal en el peor de los
casos, dependiendo del número de alumnos y del número de
dudas que realice cada uno de ellos.
Los autores M. P. Cuéllar ([email protected]), F. Berzal
([email protected]), N. Marı́n ([email protected]), J. Martı́nez-Baena
([email protected]) e I. Requena ([email protected]) pertenecen al
Departamento de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial de la
Universidad de Granada, E.T.S.I.I.T., C/ Periodista Daniel Saucedo Aranda
s/n, 18071, Granada, España.
P. González ([email protected]) pertenece al departamento de Matemática
Aplicada de la Universidad de Granada, Facultad de Ciencias, Avda. Severo
Ochoa s/n, Granada, España.
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
Adicionalmente, el profesor puede percibir que las dudas
de diferentes alumnos pueden tener un alto grado de similitud
en numerosas ocasiones. Algunos sistemas de gestión de
enseñanza online como Moodle [4] o SWAD [3] resuelven
parcialmente este problema mediante los servicios de foros en
las asignaturas. No obstante, en estos casos la resolución de
dudas suele estar limitada a información textual o a la inclusión
de ficheros adjuntos a la noticia. Además, en ocasiones la
búsqueda de la información deseada puede ser costosa, debido
a que la información en estos foros puede ser elevada y estar
poco estructurada.
En un trabajo previo, desarrollamos el software Remote
Query Navigator (ReQueNa) [1] con el objetivo de solventar parcialmente los problemas comentados dentro del aula.
Mediante el programa ReQueNa Client, el alumno puede
plantear una duda en un aula de prácticas por ordenador de
forma online. Desde su puesto, el profesor utiliza el programa
ReQueNa Server para responder a las dudas de los alumnos,
accediendo de forma remota a sus PCs y resolviendo el
problema sin necesidad de desplazarse hasta el puesto del
alumno. Adicionalmente, existe la posibilidad de conectar un
proyector al PC del profesor para que la resolución de la
duda pueda ser visualizada de forma global en el aula. Esta
funcionalidad permite evitar una mayor cantidad de consultas
con alto grado de similitud. ReQueNa Server también permite
al profesor seleccionar información multimedia que estime
relevante durante la resolución de la duda. Esta información
es almacenada en una Base de Datos Multimedia con el fin
de hacerla accesible a cualquier alumno que desee volver a
consultar la respuesta de una duda posteriormente.
No obstante, la principal limitación del sistema ReQueNa
reside en el hecho de que la Base de Datos Multimedia es
local al PC del profesor, pudiendo ser accedida únicamente
desde los PCs del aula. Esto implica que varios profesores que
imparten clase en grupos diferentes de una misma asignatura,
en aulas distintas, no pueden compartir las soluciones de las
dudas de los alumnos de ambos grupos. Además, el alumno
debe encontrarse fı́sicamente en el aula para tener acceso
al sistema, impidiendo que las dudas resueltas puedan ser
consultadas durante las horas de estudio.
El objetivo principal de este trabajo es dotar de un acceso
más cómodo al software ReQueNa. Se pretende que las soluciones de las dudas puedan ser compartidas entre asignaturas
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
y grupos, y consultadas en cualquier momento por un alumno
mediante un navegador web. Para ello, hemos elaborado el
sistema AIPO, un gestor web con capacidad de comunicación
mediante agentes software con ReQueNa. En este sistema,
la Base de Datos Multimedia adquiere carácter distribuido
entre los diferentes PCs (profesores y alumnos), y asume
nuevos roles para la gestión del portal web. Para hacer de
AIPO un sistema competitivo, también se le ha dotado de
algunas funcionalidades presentes en otros sistemas de apoyo
a la docencia: gestión de profesorado, asignaturas y grupos
de asignaturas con diferentes caracteres (teórico, práctico con
ordenador, práctico en laboratorio, etc.). Además, se permite
gestionar recursos electrónicos y ponerlos a disposición de los
alumnos (apuntes, software) y realizar exámenes y entregas de
prácticas online.
Este documento está organizado de la siguiente forma:
La sección II describe en detalle el software ReQueNa y la
arquitectura multi-agente [2] adaptada para realizar la comunicación con el sistema web AIPO. La sección III describe la
arquitectura del portal web que da soporte a AIPO. La sección
IV comenta diferencias y similitudes con otros sistemas web
de apoyo a la docencia existentes. Por último, la sección V
muestra las conclusiones obtenidas y trabajos futuros.
II. E L SISTEMA R EMOTE Q UERY NAVIGATOR
Remote Query Navigator es un sistema formado por
dos aplicaciones: ReQueNa Server y ReQueNa Client,
integradas mediante una arquitectura cliente-servidor. Las
funcionalidades del sistema están orientadas a la consulta de
dudas por parte de un alumno, su resolución por parte del
profesor, y la posterior visualización de la respuesta generada
en el portal web de AIPO. El procedimiento general a seguir
para la comunicación entre el alumno y el profesor es el
siguiente:
1) El alumno genera una petición de consulta con ReQueNa
Client.
2) El profesor visualiza en ReQueNa Server información
de los alumnos que reclaman su atención, junto con una
breve descripción de cada duda planteada. Estas dudas
se presentan por orden de llegada al servidor, aunque el
sistema permite al profesor alterar este orden y establecer
prioridades para su resolución según su propio criterio.
3) Cuando el profesor decide responder una consulta, ReQueNa Server y ReQueNa Client inician los agentes de
comunicación para la resolución de dudas, dando al profesor el control remoto del PC del alumno. El profesor
también tiene la posibilidad de enviar la información de
la memoria de video a un proyector externo mediante
un interruptor, para permitir visualizar la resolución de
la duda en toda el aula.
4) Durante la resolución de la consulta, el profesor tiene
la posibilidad de seleccionar información multimedia
(ficheros, capturas de pantalla, capturas de video, etc.)
para añadirla a la solución.
INTERNET
AGENTE DE RED 1
CLIENTE 1
AGENTE DE RED 2
CLIENTE 2
APLICACION
PROFESSOR
...
AGENTE
VISUAL
AGENTE DE
ACCESO A DATOS
1
...
AGENTE DE
ACCESO A DATOS
M
AGENTE DE
CONSISTENCIA
Fig. 1.
AGENTE DE RED...
CLIENTE N
BASE
DATOS
LOCAL
AGENTE GESTOR
DE DATOS
BASE
DATOS
WEB
Arquitectura Multi-Agente de ReQueNa Server
5) La información seleccionada por el profesor es almacenada en una Base de Datos Multimedia para su posterior
tratamiento y gestión.
6) El profesor puede validar las nuevas soluciones elaboradas, modificarlas o alterar el aspecto de su presentación
en formato HTML, para hacerlas accesibles desde el
portal web de AIPO.
El alumno puede visualizar las soluciones de las consultas
validadas por el profesor mediante el siguiente procedimiento:
1) Utilizando el portal web de AIPO o el software ReQueNa
Client, el alumno puede seleccionar un conjunto de palabras clave y/o escribir una frase para buscar soluciones
relacionadas con la consulta planteada.
2) El sistema realiza una búsqueda en las Base de Datos
y presenta por pantalla las soluciones que cumplen con
los requisitos del alumno y que han sido validadas por
el profesor.
3) El alumno selecciona, entre las dudas presentadas, las
que son de su interés.
4) El sistema muestra en el navegador web la solución a la
duda planteada.
El sistema Remote Query Navigator ha sido diseñado
utilizando sistemas multi-agente. Los apartados II-A y II-B
muestran la arquitectura de las aplicaciones que lo componen.
A. Arquitectura de ReQueNa Server
La figura 1 muestra la arquitectura multi-agente de la
aplicación ReQueNa Server. La arquitectura original de
ReQueNa Server ha sido ampliada con la inclusión de un
agente de gestión de datos. La función de este agente es
hacer transparente al usuario el acceso a las Bases de Datos
local (PC del profesor) o general (sistema web AIPO).
Otros cambios relevantes se encuentran en el módulo de
la aplicación, el cual incluye nuevas funcionalidades para
gestión de aulas, profesorado y asignaciones docentes. A
continuación, describimos la funcionalidad de cada módulo
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INTERNET
SESIÓN LOCAL
AGENTE DE RED
APLICACIÓN
SESIÓN REMOTA
GESTOR DE
USUARIOS
GESTOR DE
AULAS
APLICACIÓN
GESTOR DE
ASIGNATURAS
GESTOR DE
DUDAS
VISOR DE
CLIENTES
EDITOR DE
USUARIOS
ASIGNACIÓN
DOCENTE
EDITOR DE
ASIGNATURAS
GESTOR B.D.
LOCAL
GESTOR B.D.
REMOTA
GESTOR DE
COMUNICACIONES
Fig. 2.
usuario
Descripción modular de ReQueNa Server según los asistentes de
•
•
•
•
•
Los Agentes de Red gestionan la comunicación con cada
instancia del programa ReQueNa Client. Existen tantos
agentes como instancias de ReQueNa Client conectadas
simultáneamente al servidor.
El Agente Visual filtra la información a mostrar al profesor. Su función principal consiste en evitar colisiones
al mostrar datos recibidos por diversas instancias de ReQueNa Client, serializando los mensajes y mostrándolos
al profesor en el momento oportuno del uso de la aplicación.
La función de los Agentes de Acceso a Datos es realizar
consultas sobre las Bases de Datos. Hay tantos agentes
como consultas simultáneas. La información obtenida se
procesa y transforma a formato XML para poder ser
mostrada en un navegador web.
El Agente de Consistencia permite detectar y resolver
posibles inconsistencias en la Base de Datos, producidas
por accesos concurrentes a la misma. Un ejemplo de
esta situación puede producirse cuando varios profesores
realizan consultas de inserción o modificación de una
misma solución de duda en la Base de Datos.
El Agente de Gestión de Datos transforma y realiza consultas sobre las Bases de Datos, en el formato adecuado
de la Base de Datos local o remota de la web de AIPO.
El módulo Aplicación contiene la interfaz de usuario para
el profesor. Permite gestionar las dudas presentadas por
los alumnos y los accesos a las Base de Datos de dudas
y de gestión de asignaturas y profesorado. La figura 2
muestra la estructura de este módulo, organizada como
un conjunto de asistentes de usuario independientes.
AIPO WEB
...
AGENTE DE GESTIÓN
DE RECURSOS
Fig. 3.
Arquitectura Multi-Agente de ReQueNa Client
B. Arquitectura de ReQueNa Client
La figura 3 muestra la arquitectura multi-agente de la
aplicación ReQueNa Client. La principal novedad que incluye
con respecto a su versión anterior es la modificación del rol
del agente de red. El objetivo del mismo es hacer transparente
al usuario las consultas sobre las diferentes Base de Datos
de dudas, independientemente de si estas se realizan sobre la
Base de Datos local o la Base de Datos remota del sistema
web AIPO. A continuación comentamos cada una de las
componentes relevantes de la aplicación:
•
de la arquitectura:
•
AGENTE DE
VISUALIZACIÓN
ALUMNO
REQUENA
SERVER
•
•
•
El Agente de Gestión de Recursos almacena la información multimedia seleccionada por el profesor durante
la resolución de una duda. Al finalizar, esta información
es enviada a la aplicación ReQueNa Server mediante el
agente de red.
El objetivo del Agente de Visualización consiste en filtrar
la información a mostrar por pantalla al alumno. Esta
información incluye: estado de las solicitudes de atención
al profesor, opciones de selección de recursos multimedia
cuando el profesor toma el control del PC, o datos sobre
consultas realizadas en las Base de Datos.
El Agente de Red facilita la comunicación con ReQueNa
Server para gestionar las peticiones de atención al profesor y realizar consultas sobre las diferentes Bases de
Datos.
El módulo Aplicación contiene la interfaz de usuario y
el software para la coordinación entre los agentes. Está
formado por dos asistentes de usuario, cuyas funciones
son enviar solicitudes de atención al profesor, y realizar
consultas sobre las dudas existentes en las Bases de Datos,
respectivamente.
III. E L SISTEMA WEB AIPO
El sistema web AIPO surge como una ampliación del
software ReQueNa, en el seno de los proyectos de innovación
docente 04-02-19 y 05-03-23 de la Universidad de Granada. Su
objetivo es extender las caracterı́sticas de dicha aplicación para
que pueda ser utilizada en la mayor cantidad de asignaturas
posible. AIPO es un portal web de apoyo a la docencia, con
posibilidades de comunicación con el software ReQueNa para
el almacenamiento centralizado de soluciones de dudas de
asignaturas en formato multimedia.
En los últimos años han surgido numerosos asistentes web
para asignaturas virtuales [5], los cuales han tenido una gran
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aceptación en el ámbito académico y de e-learning. Han
mostrado ser de una gran utilidad como soporte en una gran
cantidad de asignaturas y cursos virtuales. Algunas caracterı́sticas de estos sistemas han sido incorporadas al sistema
AIPO con el fin de darle una mayor funcionalidad y utilidad,
como la posibilidad de compartir recursos electrónicos con los
alumnos (apuntes, software, etc.), o la recepción de ficheros
de alumnos por un profesor. A continuación, los apartados
siguientes realizan una descripción detallada de los módulos
que componen el sistema AIPO y su funcionalidad.
AGENTE GESTOR
DE DATOS
(REQUENA SERVER)
SOLICITUD DE
ACCESO AL SISTEMA
ENVIO DEL TIPO DE
CONSULTA Y PERMISOS
ENVIO DE CONSULTA
SQL
A. Descripción de la funcionalidad de AIPO
El sistema AIPO ha sido implementado utilizando PHP y
MySQL, dado que estos sistemas se distribuyen de forma
gratuita y son de fácil instalación en la mayor parte de sistemas
informáticos. Esta caracterı́stica hace que AIPO pueda ser
fácilmente instalado y utilizado por diferentes organizaciones
con intereses en la docencia.
El acceso común al sistema AIPO se realiza mediante acceso
identificado. Un usuario puede desempeñar diferentes roles:
• Administrador. La misión del administrador es gestionar
la información del sistema que no está relacionada directamente con la docencia. Por ejemplo: Departamentos,
titulaciones, asignaturas, grupos y tipos de grupos de
asignaturas (teorı́a, prácticas con ordenador, etc.), asignaciones docentes, etc.
• Profesor. Un profesor puede solicitar al administrador
el alta de sus asignaciones docentes, para gestionar los
recursos electrónicos de los grupos de las asignaturas que
imparta, las altas y bajas de alumnos matriculados en
sus grupos, y las dudas generadas mediante ReQueNa. El
sistema permite que diferentes profesores que compartan
docencia en una misma asignatura puedan gestionar los
recursos de forma independiente.
• Alumno. Un alumno puede solicitar el alta en el sistema
para los grupos de las asignaturas en las que se encuentra
matriculado, obtener los recursos electrónicos que los
profesores ponen a su disposición, y enviar mensajes de
respuesta en los recursos en los que el profesor haya
dado permisos de respuesta. El sistema permite que un
alumno pueda adjuntar ficheros como respuesta a una
noticia publicada por el profesor.
El esquema modular de la funcionalidad del sistema AIPO,
según el tipo de acceso identificado, se muestra en la figura 4.
Los apartados siguientes describen los aspectos más relevantes
del sistema.
B. Comunicación entre ReQueNa y AIPO
El sistema ReQueNa se comunica con el portal de AIPO
para realizar consultas sobre la Base de Datos Multimedia de
dudas del sistema web. El portal implementa un servicio de
comunicación en PHP, el cual se utiliza para que el agente
de gestión de datos de ReQueNa Server pueda acceder a
SERVICIO DE AIPO
(REQUENA WEB)
ENVIO DE RECURSOS
MULTIMEDIA
RECEPCIÓN DE
RESULTADOS DE LA
CONSULTA
Fig. 5.
CLAVE/
DOR
ENTIFICA
VALIDACIÓN DE IDENTIFICACIÓN
DEL AGENTE DE GESTIÓN DE
DATOS
ID
VALIDACIÓN DEL
USUARIO (PROFESOR)
RECEPCIÓN DE
CONSULTA SQL
PETICIÓN DE RECURSOS
MULTIMEDIA
ENVIO DE LOS RESULTADOS
DE LA CONSULTA
Protocolo de comunicación entre el agente gestor de datos y AIPO
la Base de Datos de dudas, independientemente del sistema
gestor de bases de datos utilizado. La comunicación entre el
portal y el agente gestor de datos está implementada sobre el
protocolo de comunicaciones HTTP. Una conversación entre
ambos sistemas debe seguir los siguientes pasos (ver figura 5):
1) En primer lugar, el sistema ReQueNa realiza una petición
de acceso al sistema web.
2) Si la petición es válida, el sistema web envı́a un
identificador de acceso al agente gestor de datos. Este
utilizará dicho identificador en los envı́os posteriores de
información al servidor web.
3) A continuación, el agente gestor de datos envı́a información sobre el profesor que desea realizar la consulta,
y la naturaleza de la misma (escritura o lectura en la
Base de Datos).
4) Seguidamente, el servidor web pedirá al agente que envı́e
la consulta bien formada, en lenguaje SQL. En caso
de ser necesario, también pedirá los ficheros adicionales
para ser guardados en la Base de Datos Multimedia.
5) Al finalizar el acceso al sistema gestor de bases de datos,
el servicio web de AIPO enviará los resultados de la
consulta al agente.
C. Acceso y búsqueda de soluciones de dudas
Una de las ventajas que presenta el portal AIPO con respecto
al sistema ReQueNa es que permite que varios profesores de
una misma asignatura o de asignaturas afines puedan compartir
las soluciones de las dudas planteadas por sus alumnos.
Cuando existe un gran número de asignaturas y/o profesores
con estas caracterı́sticas, es previsible que la Base de Datos
Multimedia crezca a un ritmo rápido. La recuperación de dudas
desde la Base de Datos debe ser rápida e intuitiva. Para ello, el
portal web implementa un sistema de recuperación de dudas
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ADMINISTRADOR
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GESTIÓN
DEPARTAMENTOS
GESTIÓN
ASIGNATURAS
GESTIÓN
TITULACIONES
ASIGNACIONES
DOCENTES
GESTIÓN USUARIOS
ACCESO
IDENTIFICADO
PROFESOR
GESTIÓN ALUMNOS
RECURSOS
ELECTRÓNICOS
GESTIÓN B.D.
DUDAS
ASIGNACIONES
DOCENTES
RECURSOS ELECTRÓNICOS
DE ALUMNOS
GESTIÓN ALUMNOS
RECURSOS
ELECTRÓNICOS
ALUMNO
ASISTENTE DE
BÚSQUEDA DE DUDAS
Fig. 4.
Descripción modular de la funcionalidad de AIPO organizada por tipos de acceso.
basado en palabras clave y búsqueda por texto en la solución de
la duda. El sistema permite restringir la búsqueda a una única
asignatura, o realizarla sobre todas las asignaturas afines a la
misma. Tanto las palabras clave asociadas a una duda como
las asignaturas afines a la misma deben haber sido establecidas
por el profesor previamente.
D. Gestión de recursos electrónicos
Uno de los requisitos planteados para la realización del
sistema web AIPO es que se permita la gestión individualizada
de los recursos electrónicos que diferentes profesores de una
misma asignatura pueden poner a disposición del alumnado.
AIPO incluye un sistema de gestión de recursos que permite
crear apartados comunes e individuales para los profesores de
una asignatura. En cada apartado, cada profesor puede generar
subapartados donde colocar recursos electrónicos mediante un
sistema de ficheros, y hacerlos visibles para diferentes tipos
de alumnos:
• Todos los alumnos de la asignatura.
• Los alumnos de los grupos en los que el profesor imparte
clase.
•
Ningún alumno.
Para cada recurso publicado, el profesor también puede
dar la posibilidad de que el alumno responda a cada noticia
enviando un fichero de respuesta. Esta última funcionalidad
es útil para el envı́o de documentos como prácticas o trabajos
en grupo. Además, combinando las caracterı́sticas expuestas
en este apartado, AIPO permite entregar los resultados de
exámenes realizados por ordenador. Un ejemplo de este caso
de uso podrı́a ser el siguiente:
1) El profesor publica una noticia con el documento del
examen. No la hace visible para ningún alumno.
2) Al comienzo del examen, el profesor modifica la noticia,
haciéndola visible para los alumnos y permitiendo a los
mismos responder con ficheros.
3) Al finalizar el examen, el profesor vuelve a modificar
la noticia, haciéndola no visible para los alumnos y
evitando ası́ el posterior acceso por los mismos.
4) El profesor descarga y corrige cada fichero entregado
por los alumnos.
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
TABLA I
C OMPARACI ÓN DE AIPO CON M OODLE Y SWAD
Item
Foros
Compartición de ficheros
Comunicación por e-mail
Chat
Bookmarks
Ayuda online
Soporte para Trabajo en Grupos
Portfolios
AIPO
X
X
X
Moodle
X
X
X
X
X
X
X
X
SWAD
X
X
X
X
X
X
X
X
•
•
E. Gestión de usuarios, asignaturas, titulaciones y departamentos
Un usuario con rol de administrador del sistema puede
gestionar la información sobre diferentes departamentos, titulaciones y asignaturas, ası́ como los tipos de grupos que pueden
existir para una asignatura (teorı́a, prácticas en laboratorio,
etc.). De esta forma, el sistema puede utilizarse en una amplia
gama de cursos o asignaturas que no tengan necesariamente
prácticas por ordenador. El administrador también gestiona
las peticiones de asignaciones docentes de cada profesor y
los usuarios existentes en el sistema. Esta organización del
sistema web permite una mayor facilidad en la gestión de la
asociación de dudas entre el sistema gestor de dudas ReQueNa
y las diferentes asignaturas y titulaciones afines.
IV. C OMPARACI ÓN
•
CON OTROS SISTEMAS DE APOYO A LA
DOCENCIA
El portal AIPO es un sitio web elaborado con el fin de ser
una extensión del software Remote Query Navigator, de modo
que las dudas almacenadas en la Base de Datos Multimedia
puedan ser consultadas posteriormente por el alumno desde
un navegador web. No obstante, aunque no se ha desarrollado
con tal finalidad, para facilitar el uso del sistema e integrar
otras tareas comunes en enseñanzas virtuales se han incluido
funcionalidades propias de un gestor web para la docencia. Por
este motivo, en este apartado se incluye una comparación entre
AIPO y otros sistemas web de apoyo a la docencia: Moodle y
SWAD.
La comparación se realiza utilizando los items propuestos en
la referencia [5]. La tabla I contiene el item evaluado (columna
1) y su inclusión en los diferentes sistemas comparados
(columnas 2-4). Utilizaremos el sı́mbolo X para indicar que
el sistema incluye el item asociado a la fila de la tabla. En
otro caso, supondremos que no lo incluye.
A continuación, comentamos cada item en profundidad:
• Moodle y SWAD contienen un complejo sistema de foros,
que incluye hebras generales y particulares para cada
asignatura. Tanto los alumnos como el profesor pueden
crear noticias y nuevas hebras. Se está estudiando la
inclusión de un mecanismo de comunicación similar a
los foros para futuras versiones de AIPO.
• Con respecto a la comunicación por e-mail, tanto Moodle
como SWAD incorporan en sus versiones más recientes
•
•
la posibilidad de avisar a sus usuarios de la creación
de nuevas noticias de su interés, o incluso de entablar
comunicación entre el profesor y el alumno.
SWAD incorpora un sistema de salones chat en los
que los alumnos y el profesor pueden interactuar simultáneamente. Esta opción facilita el trabajo en grupo
y la tutorización a distancia del trabajo del alumno. Esta
componente también se pretende incluir en futuras versioes de AIPO para facilitar la tutorización y la resolución
de dudas a distancia.
Las tres propuestas incorporan ayuda para el uso del
sistema. Mientras que AIPO incluye botones de ayuda
en cada sección del portal web, Moodle proporciona una
amplia colección de preguntas frecuentes (FAQs) en su
página principal, ası́ como un tutorial de uso para cada
tipo de usuario. Por su parte, SWAD también incorpora un
conjunto de preguntas frecuentes y un manual de usuario
en la web principal del sistema.
Los tres sistemas proporcionan servicios que facilitan
el trabajo en grupo. En AIPO, el profesor puede crear
diferentes grupos de trabajo en cada asignatura, e interactuar con los miembros de un grupo mediante la
publicación de noticias y las respuestas a las mismas por
parte de los alumnos. Moodle incorpora el módulo Taller
y la definición de actividades con diferentes grados de
accesibilidad para tal fin, de modo que los componentes
de un grupo de trabajo pueden compartir ficheros o crear
hebras particulares en el foro. Por último, SWAD permite
el trabajo en grupo gracias a módulos como chat, foros
o compartición de ficheros.
En cuanto a los portfolios, los tres sistemas comparados
disponen de herramientas para personalizar el espacion de
trabajo. SWAD permite a todos los usuarios modificar el
diseño en el que se muestra la información en la web. Por
otra parte, AIPO permite personalizar el estilo de la web,
aunque únicamente en modo administrador, para adaptar
el entorno a diferentes centros que deseen utilizarlo.
Por último, Moodle tiene una gestión personalizada de
la información muy limitada de base, aunque existen
módulos adicionales elaborados para tal fin, como por
ejemplo Simple Portfolio o Exabls ePortfolio Block.
Considerando la gestión de Enlaces frecuentes, SWAD
permite incluir enlaces de utilidad para el alumnado en
una sección dedicada a tal fin. Moodle, por su parte,
no dispone de esta caracterı́stica en su versión básica,
aunque pueden instalarse plug-ins adicionales que permitan personalizar los enlaces para los usuarios. Por último,
aunque AIPO no dispone de esta caracterı́stica, sı́ que
puede suplirse mediante la publicación de estos enlaces
frecuentes en una noticia, desde el menú del profesor.
Por último, destacamos la innovación presentada por AIPO
frente a los sistemas de apoyo a la docencia encontrados en la
literatura. La posibilidad de que el profesor pueda almacenar
consultas de dudas de alumnos con información multimedia,
ISSN 1932-8540 © IEEE
CUÉLLAR et al.: A.I.P.O.: AULA INTERACTIVA PARA PRÁCTICAS CON ORDENADOR
propia de AIPO, no está presente en ninguno de los otros dos
sistemas. AIPO, mediante el módulo Remote Query Navigator,
permite resolver las dudas del estudiante en tiempo real, las
cuales se guardan en una Base de Datos para su posterior
consulta, según se ha expuesto en la sección III.
V. C ONCLUSIONES
Y TRABAJO FUTURO
En este trabajo hemos presentado AIPO, un sistema web de
apoyo a la docencia. La principal novedad de este software
es la posibilidad de la consulta de dudas y su resolución de
forma online, utilizando el software Remote Query Navigator.
La solución a las dudas puede contener información de carácter
multimedia, seleccionada previamente por el profesor durante
la resolución de la duda. Todas las soluciones de las dudas
son almacenadas en una Base de Datos centralizada en el
portal web para su posterior recuperación. La visualización
de las dudas resueltas existentes en el sistema se realiza de
forma sencilla, mediante un mecanismo de búsqueda por texto
y palabras clave. Adicionalmente, el portal web proporciona
otros servicios como la posibilidad de almacenar recursos en
formato electrónico, y la recepción de ficheros y respuestas a
cada recurso por parte del alumno.
El usuario puede aprovechar la funcionalidad del sistema
en asignaturas que requieren prácticas por ordenador o tienen
un carácter virtual y no presencial, aunque también puede ser
utilizado como sistema web de apoyo a la docencia en otro tipo
de asignaturas. Actualmente, el sistema AIPO se encuentra en
fase de pruebas de funcionalidad en diversas asignaturas de la
Universidad de Granada. En comparación con otros sistemas
web de apoyo a la docencia, AIPO presenta la novedad de
poder generar soluciones a dudas con carácter multimedia, de
forma sencilla, tanto dentro como fuera del aula.
Para un futuro, nos planteamos mejorar la gestión de la
búsqueda de dudas introduciendo elementos de inteligencia
artificial como ontologı́as, para mejorar la integración de
la información de dudas similares que pueden existir entre
diferentes asignaturas. Además, pretendemos aumentar la funcionalidad del sistema introduciendo elementos comunes en
otros sistemas de aprendizaje online, como servicios de foros,
comunicaciones entre los diferentes alumnos de una misma
asignatura mediante chat, un gestor de planificación temporal
para la organización del estudio, y un módulo de autoevaluación mediante pruebas objetivas para cada asignatura.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto
de innovación docente ”Aula Interactiva para Prácticas por
Ordenador-II (AIPO-2)”, de la Universidad de Granada.
R EFERENCIAS
[1] F. Berzal, M.P. Cuellar, P. González, N. Marı́n, J. Martinez-Baena, and
I. Requena, Remote Query Navigator: A Multi-agent Distributed System
to Solve Remote Queries, in ICECE’05, Proceedings of the 2005 International Conference on Engineering and Computer Education, Madrid,
Spain, 2005.
15
[2] M. Woolridge, An Introduction to Multi-agent Systems, Wiley, New York,
2002.
[3] A. Cañas et al., SWAD: Web System for Education Dupport, in B.
Fernández-Manjón et al. (eds.), Computers and Education: E-learning,
from Theory to Practice, Springer, pp. 13-25, 2007.
[4] M. Dougiamas and P.C. Taylor, Moodle: Using Learning Communities
to Create an Open Source Course Management System, in ED-MEDIA
2003, Proceedings of the World Conference on Educational Multimedia,
Hypermedia, and Telecommunications, Honolulu, Hawaii, 2003.
[5] H. Uzunboylu, F. Ozdamli, and Z. Ozcinar, An Evaluation of Open
Source Learning Management Systems According to Learners Tools, in
m-ICTE2006, Proceedings of the 4th International Conference on Multimedia and Information and Communication Technologies in Education,
Seville, Spain, 2006.
[6] M.J. Rosenberg, E-learning Strategies for Delivering Knowledge in the
Digital Age, McGraw-Hill, 2001.
[7] M.F. Paulsen, Book Review - Theory and Practice of Online Learning,
The International Review of Research in Open and Distance Learning
5(3), 2004.
[8] P. McGee and C. Carmean and A. Jafari, Course Management Systems for
Learning: Beyond Accidental Pedagogy, IDEA Group Publishing, 2005.
Manuel P. Cuéllar ([email protected]) es profesor colaborador en el Departamento de Ciencias de
la Computación e Inteligencia Artificial de la Universidad de Granada. Obtuvo el grado de Ingeniero en
Informática por la Universidad de Granada en 2003
y el grado de Doctor en Informática en 2006. Sus
principales intereses abarcan sistemas multiagente,
computación ubicua, redes neuronales, algoritmos
evolutivos y sistemas difusos.
Fernando Berzal ([email protected]) es profesor
contratado doctor en el Departamento de Ciencias
de la Computación e Inteligencia Artificial de la
Universidad de Granada y miembro del grupo de
investigación IDBIS (Intelligent DataBases and Information Systems). Ingeniero en Informática por la
Universidad de Granada, recibió el Primer Premio
Nacional de Fin de Carrera en el año 2000 y el
tı́tulo de Doctor en Informática en 2002. Ha sido
investigador visitante en el grupo de investigación
en minerı́a de datos dirigido por Jiawei Han en la
Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, editor de la revista Data &
Knowledge Engineering y ”featured reviewer” de Computing Reviews. Está
afiliado a IEEE Computer Society y es Senior Member de la ACM.
Nicolás Marı́n ([email protected]) es Profesor
Titular de Universidad en el Departamento de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial de
la Universidad de Granada y miembro del Grupo de
Investigación en Bases de Datos y Sistemas de Información Inteligentes de la Junta de Andalucı́a. Sus
intereses de investigación incluyen materı́as como
diseño de bases de datos, minerı́a de datos, modelado
y teorı́a de lógica difusa. Es miembro de la IEEE
Computer Society. Se puede contactar con él en
Departamento de Ciencias de la Computación e I.A.,
despacho 17, E.T.S.I.I.T., Universidad de Granada, 18071, Granada, España.
ISSN 1932-8540 © IEEE
16
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
Pedro González ([email protected]) actualmente
es profesor colaborador en el Departamento de
Matemática Aplicada de la Universidad de Granada.
Obtuvo el grado de licenciado en Matemáicas por
esta misma universidad en 1989 y un Diploma de
Estudios Avanzados en Análsis Numérico en la Universidad Pierre et Marie Curie (Parı́s VI) en 1991.
Aparte de su colaboración activa en distintos proyectos de investigación relacionados con la Matemática
Aplicada (Dinámica de fluidos, simulación de semiconductores, etc.) y el Análsis Matemático (Ecuaciones Diferenciales y en Derivadas Parciales) y Numérico (Interpolación y
aproximación de funciones), siempre ha mostrado un gran interés por las
múltiples aplicaciones de la Informática a la Docencia; siendo pionero, junto
con otros miembros de su departamento, en la introducción de prácticas de
ordenador para complementar muchas asignaturas de Matemáticas. También
fué uno de los desarrolladores de una plataforma de ayuda para la Gestión y
la Autoevaluación Docente (S.A.G.D.) realizada en el marco del programa de
la Universidad de Granada para la financiación de proyectos de innovación
docente.
Javier Martı́nez-Baena ([email protected]) es
profesor del departamento de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial de Artificial de la
Universidad de Granada (UGR) desde 1996 y profesor titular de universidad desde 2001. Licenciado
en Informática por la UGR en 1995 y Doctor en
Informática por la UGR en 1999. Pertenece al grupo
de investigación de Visión por Ordenador de la UGR.
Ignacio Requena ([email protected]), Licenciado en Matemáticas por la Universidad de Granada
en 1974, fue profesor Agregado y Catedratico de
Bachillerato (Enseñanza Secundaria), desde 1977 a
1989. Profesor en la Universidad de Granada, desde
1989 hasta ahora. Doctor en Matemáticas por la
UGR en 1992, y profesor Titular de Universidad
(definitivo) desde Agosto de 1995. Ha participado
como ponente y como coordinador cientı́fico en
Jornadas y Seminarios sobre el Bachillerato y sobre
la enseñanza de las Matemáticas y la Informática en
Secundaria. Ha participado en acciones tutoriales con alumnos para facilitar
su integración en la universidad, y ha coordinado dos proyectos de innovación
educativa sobre la enseñanza de Grado y participado en otros dos, a nivel de
Master y Doctorado.
ISSN 1932-8540 © IEEE
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
17
Adaptabilidad de las tecnologías RFID y NFC a
un contexto educativo: Una experiencia en
trabajo cooperativo
Salvador Wilfrido Nava Díaz, Student Member, IEEE, Gabriel Chavira Juárez, Student Member, IEEE,
Ramón Hervás Lucas y José Bravo Rodríguez, Senior Member, IEEE
Title—Adaptability of the RFID and NFC technologies in an
educative context: An experience in cooperative work.
Abstract—The use of different devices with computing
capacities dispersed around our environment, allows making
the interaction easier and simple between users and computers.
In this work we propose an easy and simple approach in the
handling of information, for it, we have adapted two
technologies: RFID and NFC. In the first case, user only must
take a tag embedded in any daily use object and in the second,
a mobile telephone equipped with a radio frequency reader.
These two experiences have been applied in cooperative work
with students of Teacher-Training to transmit the knowledge
to other members of each group.
Index Terms—Ambient Intelligence, Cooperative Work,
Everyday Computing, Ubiquitous Computing
S
I. INTRODUCCIÓN
ON muchos los investigadores que apuestan por la
creación de ambientes inteligentes. Proponen cambiar
radicalmente la forma de realizar nuestro día a día con la
ayuda de pequeños dispositivos de funcionalidad específica
distribuidos dentro del entorno en el que nos encontremos,
los cuales son capaces de proporcionar información
necesaria para alimentar a un sistema consciente del
contexto.
Inteligencia Ambiental (AmI) es la visión del sexto y
séptimo Programa Marco de la Unión Europea en el que la
tecnología se vuelve “invisible”, embebida en objetos de
uso cotidiano, presente cuando la necesitamos, atenta a
Salvador Wilfrido Nava Díaz, Gabriel Chavira Juárez pertenecen a la
Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Tamaulipas, Centro
Universitario Tampico-Madero, Tampico, México. e-mail: {snava,
gchavira}@uat.edu.mx.
Ramón Hervás Lucas, José Bravo Rodríguez pertenecen a la Escuela
Superior de Informática, Universidad de Castilla-La Mancha, Paseo de la
Universidad, 13071 Ciudad Real, España. e-mail: {ramon.hlucas,
jose.bravo}@uclm.es.
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
nuestros sentidos y adaptable a usuarios y contextos.
Propone un cambio, desde la tradicional computadora de
sobremesa a gran cantidad de dispositivos situados en el
entorno que nos rodea cuya misión es la de servir al usuario
de manera no intrusiva en un segundo plano [1] [10]. La
Inteligencia Ambiental está basada en tres tecnologías clave:
Computación Ubicua, Comunicaciones Ubicuas e Interfaces
Naturales [10]. La Computación Ubicua integra
microprocesadores en objetos de uso diario. La
Comunicación Ubicua obtiene la información necesaria en
el momento y lugar que se requiera, de manera fácil e
inmediata, con poco gasto energético y sin dañar el medio
ambiente, permitiendo además la comunicación de esos
objetos con otros y con los usuarios. Las Interfaces
Naturales interactúan con el ambiente de una manera más
fácil y cercana al usuario [4]. Atendiendo a esta división, es
necesario adaptar tecnologías para que el usuario pueda
obtener la información deseada en cualquier momento y
lugar, mediante una simple interacción [11].
Hasta ahora la única entrada a la computadora es la que
hacemos de forma explícita a través de los dispositivos
disponibles para tal efecto, pero, si queremos automatizar
nuestro día a día (Everyday Computing), es necesario no
exigir al usuario un esfuerzo interactivo extra. Surge, por
tanto, un tipo de interacción más simple y natural que
Schmidt denomina Interacción Implícita [13]. Para este
autor la interacción implícita es permitir el uso transparente
de los sistemas computacionales, y al igual que Abowd [2],
conseguir que el usuario se concentre en la tarea a realizar y
no en la herramienta, y que la interacción entre el usuario y
el sistema sea proporcionada por el propio entorno físico. La
idea básica de la entrada implícita es que el sistema pueda
percibir la interacción de los usuarios con su entorno físico
y con todas las actividades por las que pasa para desarrollar
sus objetivos. El sistema debe tener la capacidad de
anticiparse al usuario proporcionándole la información
contextual adecuada.
Siguiendo en la búsqueda de las interacciones sencillas,
fáciles e implícitas, Schmitd, en un segundo paso propone lo
que ha denominado “Interacción Embebida” [14]. En ella
ISSN 1932-8540 © IEEE
18
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
propone embeber la tecnología en los dispositivos de uso
cotidiano y, en un nivel conceptual, embeber la interacción
en las actividades y tareas de nuestro día a día.
La clave de la interacción en ambientes inteligentes es la
simplicidad. El usuario no tiene porque buscar entre
opciones de menús o rellenar formularios [11]. Embeber la
información donde y cuando sea útil, de una manera discreta
y que no requiera la intervención del usuario.
En este artículo se aborda la adaptabilidad de la
tecnología RFID (Radio Frequency IDentification) que ha
venido emergiendo últimamente con mucha fuerza, no sólo
en la trazabilidad de los productos, sino también en
diferentes campos de la investigación como medicina,
educación, empresa, ocio, etc. A esta tecnología se une la
de NFC (Near Field Communication) que permite contar
con mayor capacidad de almacenamiento, comunicación y
procesamiento mediante la combinación de RFID y el
teléfono móvil. Hemos utilizado ambas tecnologías
poniéndolas en práctica en dos experiencias educativas, y
concretamente en lo que concierne al trabajo cooperativo
entre alumnos de Magisterio. El objetivo primordial ha sido
facilitar el uso de estas tecnologías para permitir la
transferencia de conocimiento entre los diferentes miembros
del grupo. En el tercer apartado entramos en detalle en la
definición de ambas tecnologías y la infraestructura
necesaria. El siguiente punto se centra en la utilización del
sistema en los escenarios de trabajo cooperativo. Finalmente
concluimos con los resultados obtenidos, y resumimos lo
aprendido en el uso de las dos tecnologías utilizadas en el
contexto educativo.
II. EL ESCENARIO
Soloway [16] considera que los dispositivos portátiles
ofrecen un sugerente camino, potenciando el aprendizaje,
mediante la realización de experiencias que surgen a partir
del paradigma de computación ubicua.
Nuestra puesta en escena corresponde a grupos de
alumnos de Magisterio de dos especialidades distintas. Por
lo general, este tipo de alumnos realiza trabajos de enfoque
cooperativo, en los que se les encarga que investiguen sobre
un tema específico y se reparten las tareas que,
posteriormente, deben exponer a los demás compañeros de
su especialidad. Además de la información que tienen que
recopilar y organizar, deben de realizar un esfuerzo
adicional para elaborar una presentación y mostrar el
conocimiento adquirido a sus compañeros de grupo.
Para hacer más sencilla su exposición y que los alumnos
sólo se centren en los temas que tienen que investigar,
evitando así distracciones en sus actividades, a cada
participante se le proporcionó una herramienta simple que
hemos desarrollado para tal efecto.
Fig. 1. Vista de una futura diapositiva que incluirá título, contenido e
imágenes.
Dicha herramienta se utiliza a través de una computadora,
y, como se puede apreciar en la Figura 1, existen unos
botones del lado izquierdo con los que introducen la
información que necesitan para sus exposiciones,
confeccionando diapositivas simples, mediante el uso de
texto principal (Texto) y secundario (Subtexto). También es
posible adjuntar imágenes y gráficos que apoyan al texto y,
todo ello, de una forma tan simple como manipular un
Fig. 2. Ejemplo de la visualización una diapositiva generada por el Mosaico de Visualización.
ISSN 1932-8540 © IEEE
NAVA, CHAVIRA, HERVÁS Y BRAVO: ADAPTABILIDAD DE LAS TECNOLOGÍAS RFID Y NFC
programa como Paint o el bloc de notas. El botón Nueva se
usa para crear una diapositiva nueva. Finalmente, la
herramienta genera una salida en XML que representa el
conocimiento introducido por el usuario.
Después de elaborar estas diapositivas simples, el
contexto proporciona a los alumnos una visualización mejor
que la mostrada en la herramienta. La visualización de sus
presentaciones se filtra dentro de un tablón virtual (figura
2), mediante una computadora que ejecuta nuestro sistema
de “Mosaicos de Visualización” [3, 7]. Este concepto
permite presentar información a diferentes niveles teniendo
en cuenta aspectos tales como posición, tamaño, latencia,
perfil de usuario y otros recogidos en la correspondiente
ontología [6] que sirve de modelo de contexto para este tipo
de servicios y otros de naturaleza similar. El modelo
utilizado como soporte para este servicio de visualización y
nuestro acercamiento ontológico se describe mejor en [8, 9].
En nuestro caso, durante la presentación de cada alumno,
la mayor parte del mosaico (figura 2) es ocupada con textos,
imágenes y gráficos asociados. En la parte izquierda se
aprecia un listado de los integrantes del grupo que
expondrán en ese momento. En la parte de abajo, se
muestran las imágenes de la diapositiva anterior, conectando
así, a manera de recordatorio, los comentarios que se hacen
a la diapositiva actual. Para interactuar con el sistema de una
manera más natural, se utiliza unos sensores de infrarrojos
que permiten avanzar o retroceder las diapositivas de la
presentación.
Para nuestro estudio es importante situarnos en el entorno
donde se desarrollan las actividades dentro de un Ambiente
Inteligente. El entorno siempre puede influir de acuerdo a
las características de las personas o, mejor dicho, las
características de cada persona influyen directamente sobre
él. El escenario se encuentra dividido en dos agrupaciones,
la primera se encuentra apoyada con la tecnología RFID
(figura 3a) y la segunda con la tecnología NFC (figura 3b).
A simple vista, se puede apreciar que en la Figura 3a, se
tiene la necesidad de una antena cerca de la persona que se
19
encuentra exponiendo y en la Figura 3b, no existe. En los
siguientes apartados se explican con más detalle.
III. LA ARQUITECTURA DEL ENTORNO COOPERATIVO
La estructura empleada en la realización de la experiencia
es similar en las dos agrupaciones. Para la presentación de
diapositivas se utiliza el “Mosaico de Visualización” (tablón
virtual). El formato de esta herramienta contiene las
aportaciones de los integrantes, además indica el nombre de
la persona que está exponiendo en ese momento.
Los sensores situados en el atril con un microcontrolador
Basic X24 y dispositivo Bluetooth se integran al sistema
como parte de la naturalidad que proponemos en la
interacción. El funcionamiento es muy sencillo, sólo con
acercar la mano sobre ellos, se envía la señal al sistema para
que avance o retroceda en las diapositivas de la
presentación. Además, se carga automáticamente cada
presentación al ser reconocido el alumno del grupo que va a
presentar en ese momento.
La diferencia entre ambos grupos radica en la entrada de
los datos al sistema, que se encuentran almacenados en las
etiquetas. Esto es debido a las propias características de las
tecnologías RFID y NFC que a continuación se describen.
A. La Tecnología RFID
Aunque RFID pueda parecer una tecnología reciente, no
lo es ya que surgió en la Segunda Guerra Mundial para
identificar objetos. Comercialmente se empezó a utilizar en
los años 60.
La tecnología RFID consiste básicamente en tres
elementos:
• Lectores (readers o transceiver), encargados de mediar
el flujo de información entre la computadora y las
etiquetas.
• Antenas, responsables de la emisión y recepción de las
ondas electromagnéticas.
b
a
Fig. 3. Alumna usando el entorno con tecnología RFID (a) y Alumno usando el entorno con tecnología NFC (b).
ISSN 1932-8540 © IEEE
20
•
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
Etiquetas (tags o transponderes), consistentes en un
microchip que almacena datos y una microantena.
Lectores
Etiquetas
Fig. 4. Dispositivos de tecnología RFID.
Actualmente existen equipos que integran lectores y
antenas (figura 4) en el mismo dispositivo. Las etiquetas
pueden estar embebidas en elementos sencillos y de uso
cotidiano como por ejemplo una tarjeta, un llavero, etc.
(figura 4).
La estructura que tiene una etiqueta en su interior se
puede apreciar en la Figura 5.
Antena
Regulador
Energía
de Voltaje
Conductor de
Transmisor
Microcontrolador
Reloj
Generador de Reloj
RxDatos
y Receptor de Datos
TxDatos
Memoria
No Volátil
Energía
Interfaz
del
Datos contacto
Reloj
Fig. 5. Interior de una etiqueta.
La forma de operar de la tecnología RFID es la siguiente:
el lector envía una serie de ondas a la etiqueta, las cuales
son captadas por la microantena. Esas mismas ondas activan
al microchip, a través de la microantena, ayudadas del
circuito transpondedor que poseen. La energía para
transmitir su identificador único y la información contenida
en la etiqueta es tomada de la misma onda (campo
magnético).
Los sistemas de RFID se clasifican en función del tipo de
etiqueta utilizada: activa y pasiva. La etiqueta activa
contiene una batería y su campo magnético tiene un alcance
de 100 m. La etiqueta pasiva no tiene ninguna fuente de
alimentación, recibe la energía del campo magnético
generado por el lector y su alcance es de 80 centímetros.
Los lectores tienen una frecuencia de operación y
generalmente se divide en tres rangos básicos: baja (125
Khz.), alta (13.56 MHz.) (siendo éstas las más utilizadas) y
ultra alta frecuencia (UHF). Esta tecnología nos permite
capturar la información del entorno de una manera implícita,
sin ningún esfuerzo adicional por parte del usuario y los
servicios que se ofrecen son obtenidos del mismo modo.
B. La Tecnología NFC
La tecnología NFC fue desarrollada por Philips y Sony en
el 2002 y está siendo difundida por Nokia, Samsung y el
mismo Philips. Consiste en la integración de la telefonía
móvil con la Identificación por Radiofrecuencia, y
proporciona una comunicación simple y segura entre
dispositivos electrónicos. Trabaja a una distancia entre 5 –
10 cm., a 13.56 MHz y transfiere datos hasta 424 Kbits/seg.
[12]. Fue deliberadamente diseñada para que fuese
compatible con las etiquetas RFID que operan en dicha
banda (ISO 14443), pero incompatible con los estándares de
EPC global [17].
La tecnología NFC consiste en dos elementos:
• El iniciador (initiator), como su nombre indica, es el
que inicia y controla el intercambio de información.
• El objetivo (target), es el dispositivo que responde a la
petición del iniciador.
b
a
Fig. 6. Dispositivos NFC que operan en Modo Pasivo (a) y Dispositivos NFC que operan en Modo Activo (b).
ISSN 1932-8540 © IEEE
NAVA, CHAVIRA, HERVÁS Y BRAVO: ADAPTABILIDAD DE LAS TECNOLOGÍAS RFID Y NFC
Existen dos modos de operar en un sistema NFC: pasivo
y activo. En el modo pasivo (figura 6a), solamente uno de
los dispositivos genera el campo de radiofrecuencia de corto
alcance, proporcionando energía a una etiqueta que estaba
inactiva, permitiendo que se pueda leer o escribir datos en
su memoria. En el modo activo (figura 6b), ambos
dispositivos generan su propio campo de radiofrecuencia,
reconociéndose automáticamente para enviar los datos [5].
La tecnología NFC tiene dos características que la
distingue de la tecnología RFID permitiendo que:
• Un dispositivo NFC pueda funcionar como Iniciador u
Objetivo.
• Dos dispositivos NFC se reconozcan automáticamente
sólo con acercarse a corta distancia.
IV. EXPERIENCIA COOPERATIVA
El desarrollar nuevas interfaces para agilizar los procesos
y ayudar en las actividades diarias conlleva a otro reto
dentro de los entornos inteligentes: la evaluación de los
sistemas. Debido a que la Inteligencia Ambiental es un
conjunto multidisciplinar, se hace necesaria la
experimentación de todos los efectos que se puedan
producir, observando cada acción y reacción que comparten
tanto usuarios como equipos computacionales: su fácil
utilización, sin gasto excesivo en la interacción, su
inmediatez y, sobre todo, su cercanía al usuario.
Dicho lo anterior, Schmidt [15] propone que se sigan
ciertos pasos en la construcción de las aplicaciones, y estos
mismos son los que hemos llevado a cabo para la
experiencia:
• Identificar los contextos a estudio.
• Construir y evaluar un prototipo.
• Integrar las señales del procesamiento y la abstracción
del contexto.
• Construir las aplicaciones.
La evaluación de los dispositivos y sistemas se realizó en
el auditorio de la Escuela Superior de Informática de la
Universidad de Castilla-La Mancha con la participación de
alumnos de Magisterio. Se evaluaron tres aspectos
principales: la utilización de sensores de infrarrojos, que
servían para tener una interacción más natural al momento
de exponer su trabajo, realizado de manera cooperativa; la
utilización de una herramienta muy sencilla con la que
introdujeron la información para confeccionar diapositivas;
la visualización presentada en mosaicos, además de la
simplicidad en la computación, interacción explícita e
implícita del sistema.
Como se mencionó anteriormente, los alumnos no tenían
la necesidad de utilizar una computadora físicamente en el
entorno donde se realizó la experiencia. No fue necesario
ejecutar un programa como Power Point para mostrar su
presentación, ni previamente haberlas confeccionado con
21
dicho programa. Tampoco fue necesario el uso del ratón
para que no les distrajera en el momento de avanzar cada
diapositiva, para ello, era suficiente hacer un movimiento
natural de su mano sobre el sensor determinado.
Es importante hacer notar que los alumnos no habían
visto el escenario ausente de computadora y, como se
aprecia en las Figuras 7 y 9, la presentación de cada alumno
que portaba una etiqueta se activaba automáticamente.
A. Experiencia con RFID
Los alumnos que participaron en la experiencia, debían
portar una etiqueta donde se encontraban las instrucciones
referentes a su presentación, que previamente había
confeccionando. Al pasar frente a la antena (80 cm.), el
lector que continuamente se encuentra transmitiendo ondas
de baja frecuencia (125 Khz.), detecta la etiqueta y ésta
envía la información requerida al microcontrolador y la
presentación es proyectada automáticamente, obteniéndola
de una base de datos, para su utilización (figura 7).
Dispositivo RFID
Sensores de Infrarrojos
Fig. 7. Alumna usando el entorno con tecnología RFID y sensorial en su
exposición.
Para saber si nos estamos conduciendo bien en la
creación de espacios inteligentes, se realizó la evaluación
del prototipo y el manejo del mismo por los alumnos que
participaron en la experiencia. También participaron como
espectadores los alumnos que no utilizaron esta forma de
presentación con el fin de que nos facilitaran su opinión.
En la Tabla 1 se puede apreciar que el grado de
aceptación de la experiencia fue positivo. Cabe destacar la
valoración de la interacción por proximidad, esto es, el mero
hecho de acercarse a la pantalla y la aparición automática de
cada presentación. No fue considerado muy positivo el
manejo de los sensores para pasar diapositivas, ya que no
resultó del todo satisfactorio, debido a que los alumnos
pasaban la mano fuera del campo de acción del sensor; en
otras ocasiones, se pasaba muy lenta y el sensor interpretaba
que se deseaba pasar rápidamente entre las diapositivas. Por
otro lado, la mayoría era de la opinión de que no se
necesitaban amplios conocimientos informáticos para la
ISSN 1932-8540 © IEEE
22
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
utilización de la herramienta que se les proporcionó para
confeccionar las diapositivas. También sembró ciertas dudas
el hecho de que el mosaico puede distraer la atención de los
conceptos que se quieren presentar, debido a la diversidad
de información mostrada en la pantalla.
TABLA I
EVALUACIÓN DE ALUMNOS QUE REALIZARON LA EXPERIENCIA CON LA
TECNOLOGÍA RFID
%
¿Ha sido
interesante la
experiencia?
¿Te parece bien
la interacción
por proximidad?
¿Te parece
adecuada la
interacción con
los sensores?
¿Crees que se
necesitan
amplios
conocimientos
de informática?
¿Te parece
adecuada la
presentación en
mosaicos?
¿El mosaico
distrae la
atención?
Global
Excelente
Bueno
Medio
Bajo
Pésimo
-
75
25
-
-
87
12
-
-
-
-
25
50
25
-
-
-
25
50
25
Al igual que con la tecnología RFID los alumnos que
participaron en esta experiencia portaban una etiqueta que
contenía las instrucciones referentes a su presentación; que
elaboraron con anticipación. Al tocar la etiqueta con el
móvil (2 cm.) su presentación se visualiza (figura 9).
Dispositivos NFC
Sensores de Infrarrojos
Fig. 9. Alumno usando el entorno con la tecnología NFC y sensorial en su
exposición.
25
62
12
-
-
-
12
50
37
-
37
62
-
-
-
B. Experiencia con RFID y NFC
La experiencia que se realizó tuvo un toque diferente a la
anterior. Aprovechamos este rico entorno para hacer una
evaluación con la nueva filosofía de traer con nosotros una
antena móvil incluyendo un lector RFID en nuestro teléfono
móvil (figura 8). De esa forma, simplemente acercando el
dispositivo a una etiqueta se activa la presentación que
utilizaron en ese momento, también obteniéndola de una
base de datos.
Fig. 8. Lector integrado en el teléfono móvil y etiqueta electrónica.
Los resultados que obtuvimos de esta evaluación se
pueden apreciar en la Tabla 2. Se cuestionaron varias
interrogantes en cuanto a los diferentes servicios obtenidos
de las acciones naturales hechas por los alumnos
(interacción en el propio entorno). Fue de gran interés y
aceptación la utilización de la tecnología embebida en el
teléfono móvil; ya que ahora el lector de radiofrecuencia se
lleva continuamente a diferentes lugares del entorno,
cambiando así la forma convencional de operación. Es
TABLA II
EVALUACIÓN DE ALUMNOS QUE REALIZARON LA EXPERIENCIA CON LA
TECNOLOGÍA NFC
%
Interesante
Poco
Interesante
¿Se te hace interesante la nueva
tecnología qué se integra en el móvil?
67
33
%
Novedoso
Poco
Novedoso
¿Qué tan novedoso te pareció la
forma en la que realizaste la
Presentación?
67
33
%
Si
No
100
-
67
33
-
100
67
33
¿Te agrado la interacción que realizó
el entorno, al mostrar tu presentación
que utilizaste con solo tocarte con el
móvil?
¿Te ha sido satisfactoria la
interacción con los sensores?
¿Crees que se necesita un
conocimiento informático amplio
para utilizar el sistema?
¿Crees que los mosaicos de
información proporcionan toda la
información que necesitarías como
Expositor?
ISSN 1932-8540 © IEEE
NAVA, CHAVIRA, HERVÁS Y BRAVO: ADAPTABILIDAD DE LAS TECNOLOGÍAS RFID Y NFC
destacable el éxito causado por la proyección automática de
su presentación sólo con acercar el teléfono a la etiqueta. La
interacción con los sensores para cambiar de transparencias
resultó satisfactoria. Esto debido a que los alumnos desde el
primer instante interactuaron con la tecnología, es decir con
el teléfono móvil, para activar la presentación que usaron.
Los alumnos que participaron en este escenario se
encontraron más cercanos a esta tecnología, sintiéndose a
gusto con ella. La mayoría de los involucrados opinaron que
fue muy sencilla la utilización de los dispositivos y no se
requiere tener amplios conocimientos sobre informática, y la
herramienta con la que confeccionaron las diapositivas es
muy fácil de usar. Para la gran mayoría de los estudiantes, y
las personas en general, es común la utilización del teléfono
móvil. Es un dispositivo, hoy en día, con el que se convive
cotidianamente.
V. CONCLUSIONES
proyecto Mosaic Learning 2005-2008 (TSI2005-08225C07-07).
REFERENCES
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
La Inteligencia Ambiental propone una nueva forma de
interacción con la tecnología y dispositivos inmersos en el
entorno, permitiendo a los usuarios sumergirse en ambientes
inteligentes. Hemos realizado una aproximación mediante
las tecnologías RFID y NFC en un contexto educativo,
adaptándolas con el fin de hacerles más fácil sus actividades
académicas diarias. Hemos observado que esta nueva
filosofía que supone NFC cambia absolutamente la
concepción sobre las instalaciones tradicionales de RFID ya
que, en este caso, es el lector el que tiene movilidad y las
etiquetas pasan a estar fijas. Éstas contendrán ahora
información contextual; en cuanto al móvil, podrá, no sólo
tener capacidad de proceso y comunicación, sino
almacenamiento lo suficientemente extenso como para
solventar el cuello de botella que suponía el poco espacio en
las etiquetas.
Hemos tratado de acercar la tecnología al servicio de los
usuarios sin que éstos la perciban, consiguiendo los
siguientes resultados. Con la tecnología RFID los servicios
se obtienen de manera implícita, para ello se tiene que
disponer de dispositivos electrónicos que se encuentran
dispersos en el entorno. El costo de éstos dispositivos se
elevan considerablemente. La facilidad de tener un
dispositivo NFC con amplias capacidades de cómputo,
comunicación y almacenamiento permite a los usuarios
manejar información, documentos, presentaciones y todo lo
indispensable en un contexto educativo, disponiendo así de
mayor privacidad y, por consiguiente, mayor confianza en la
tecnología.
AGRADECIMIENTOS
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
Los autores quieren agradecer a la Junta de Comunidades
de Castilla-La Mancha el apoyo en el proyecto SERVIDOR
2005-2007 (PBI-05-034) y a la CICYT el apoyo en el
23
Aarts, E., Ambient Intelligence in HomeLab. 2002, Philips Research:
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ISSN 1932-8540 © IEEE
24
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
Salvador Wilfrido Nava Díaz, Ingeniero en Sistemas
Computacionales por la Universidad Autónoma de
Tamaulipas, México (2001). Máster en Tecnologías
Informáticas Avanzadas por la Universidad de CastillaLa Mancha, España. Actualmente es estudiante de
Doctorado y realiza su investigación doctoral en el
grupo de Investigación MAmI de la UCLM, en temas de
AmI, Context-Awareness, Modelado de Contexto,
Middleware. También ha participado en la organización de ediciones del
Simposio UCAmI y es autor de artículos relacionados con Entornos
Inteligentes. Es Student Member del IEEE.
Ramón Hervás Lucas, Ingeniero en Informática por la
Universidad de Castilla-La Mancha (2004). Actualmente
es estudiante de doctorado y ejerce de profesor asociado
de esta misma universidad. Sus intereses incluyen la
Visualización de Información, Modelado de Contexto y
Ontologías dentro del ámbito de la Inteligencia
Ambiental. Ha participado en varios proyectos de
investigación, entre ellos el proyecto CICYT MOSAIC
Learning y el proyecto SERVIDOR ambos sobre m-learning, y los
proyectos PROFIT ALIADO y AmITACA aplicando principios de la
inteligencia ambiental al contexto médico y de ocio respectivamente.
Gabriel Chavira Juárez, Ingeniero Civil por la
Universidad Autónoma de Tamaulipas, México. Máster
en Tecnologías Informáticas Avanzadas por la
Universidad de Castilla La Mancha, España. Es
profesor de tiempo completo en la Facultad de
Ingeniería Arturo Narro Siller de la Universidad
Autónoma de Tamaulipas desde 1989. Actualmente
cursa el doctorado en Arquitectura y Gestión de la
Información y del Conocimiento en Sistemas de Red, realizando su
investigación doctoral en el Grupo de Investigación MAmI. Es autor de
varios artículos relacionados con Entornos Inteligentes, Servicios Implícitos
y Conciencia del Contexto. Es Student Member del IEEE.
José Bravo Rodríguez, Licenciado en Físicas por la
Universidad Complutense de Madrid y Doctor
Ingeniero Industrial por la UNED. Dirige el grupo de
investigación MAmI de la Universidad de Castilla-La
Mancha, ubicado en la Escuela Superior de Informática
de C. Real. Es promotor de iniciativas sobre AmI como
lo demuestra la organización de varias ediciones del
Simposio sobre Computación Ubicua e Inteligencia
Ambiental (UCAmI). Su grupo desarrolla varios proyectos en esta área y se
está especializando en AmI y Salud. Es Senior Member del IEEE.
ISSN 1932-8540 © IEEE
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
25
VIII Congreso de Tecnologías Aplicadas a la
Enseñanza de la Electrónica, TAEE 2008
Tomás Pollán Santamaría, Bonifacio Martín del Brío, Inmaculada Plaza García
Miembros del comité organizador del congreso TAEE 2008. Universidad de Zaragoza.
Editores invitados.
Durante los días 2 al 4 de Julio del 2008, se celebró en
el Campus Río Ebro de la Universidad de Zaragoza (España)
la VIII edición del congreso de Tecnologías Aplicadas a la
Enseñanza de la Electrónica (http://taee2008.unizar.es),
organizado por el Departamento de Ingeniería Electrónica y
Comunicaciones de dicha Universidad con el patrocinio,
también, de la Sociedad de Educación del IEEE a través del
CESEI (http://webs.uvigo.es/cesei/), y la colaboración de la
Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de
Zaragoza y del Centro Politécnico Superior de Ingenieros.
Según la opinión de los participantes, el congreso
TAEE 2008 resultó un éxito, tanto por el interés de las
comunicaciones presentadas y las mesas redondas, como por
la participación de los congresistas en las sesiones, así como
por los actos complementarios de visitas a la ciudad de
Zaragoza y recepción en su Ayuntamiento y en las Cortes de
Aragón. Además, muchos de los congresistas aprovecharon
para visitar la Exposición Universal Expo Zaragoza 2008 que
durante aquellas fechas se estaba celebrando a pocos metros
de la sede del congreso (http://www.expozaragoza2008.es/).
Como en ocasiones anteriores el congreso TAEE 2008
fue un lugar de encuentro que reunió a profesores
preocupados por la docencia en general, y por la innovación
educativa en particular. Se pusieron en común reflexiones,
experiencias y recursos docentes relativos a la enseñanza de la
Electrónica y se trataron los principales problemas que tiene la
formación de titulados universitarios en el área de la
electrónica y tecnologías afines. Además, por coincidir el
congreso con el actual proceso de reforma de titulaciones
universitarias en España, fue éste uno de los temas más
presentes, objeto de sesiones y mesas redondas.
En la web del congreso puede consultarse el programa
detallado del mismo, el texto de todas las comunicaciones
(http://taee2008.unizar.es/programa.html) y los contenidos de
las sesiones plenarias que resultaron francamente interesantes
(http://taee2008.unizar.es/plenarias.html).
Es de destacar que la iniciativa de reunirnos bianualmente celebra ya su primera quincena de años y que estas
reuniones se prolongan entre congreso y congreso mediante
múltiples contactos e intercambios personales y, también, a
través de la utilización de recursos de todo tipo, tanto
metodológicos como instrumentales, que los unos recogemos
de los otros: http://www3.euitt.upm.es/taee/.
Esta oportunidad de conocer lo que hacemos, lo que
reflexionamos y lo que construimos en nuestra labor docente
está sirviendo para aprovechar colectivamente los esfuerzos
individuales, para que no dediquemos nuestro valioso tiempo
a repetirnos, para que no tengamos que “reinventar” lo que
otros ya han producido. Tal es el objetivo de los congresos
TAEE: que el fruto de nuestras mejoras en la planificación, en
la puesta en práctica y en los recursos docentes sea reutilizable
o «multiuso» entre nosotros.
Esta secuencia congresual TAEE, iniciada en 1994 en
la Universidad Politécnica de Madrid por el impulso del
profesor Jesús Arriaga, tendrá continuidad en el noveno
congreso, en abril de 2010 en la UNED, bajo el patrocinio del
CESEI, en paralelo con el congreso EDUCON 2010
(http://www.educon-conference.org/educon2010/).
De entre las comunicaciones presentadas en las
sesiones del congreso se han seleccionado diez de ellas, dos
por cada uno de los grupos temáticos en que fueron
clasificadas. La selección se realizó por un método mixto de
votación de los asistentes en encuesta cumplimentada al
finalizar cada sesión y de valoración por duplicado, previa y
posterior a la presentación, por parte del moderador de la
sesión. Pueden consultarse las diez comunicaciones premiadas
en http://taee2008.unizar.es/destacadas.html.
Conforme a los acuerdos de acreditación del congreso
con IEEE bajo el patrocinio del CESEI, el Comité de
Programa seleccionó tres de dichas comunicaciones para
proponer su publicación en la revista IEEE Transactions on
Education, a saber:
-
“Laboratorio virtual para familiarizarse con la
programación de robots ABB en lenguaje RAPID”
de Alfredo Rosado, Rubén Segura, G. Ruiz, J. Muñoz, R.
Magdalena de la Universidad de Valencia
-
“Desarrollo de microbots destinados a una pequeña
aplicación logística como Proyectos Final de Carrera”
de J. S. Artal, D. Aznar, J. Caraballo y J. I. Otín de la
Universidad de Zaragoza
-
“Orientación de la asignatura Sistemas Electrónicos
Digitales al modelado de sistemas en VHDL partiendo de
esquemas MATLAB-SIMULINK”, de F. J. Azcondo, Á.
de Castro y Ch. Brañas de la Universidad de Cantabria
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
El presente número de la revista IEEE-RITA se dedica
a las otras siete comunicaciones seleccionadas, cuyos autores
han actualizado el contenido de la propia presentación.
El primer artículo analiza “Los recursos tecnológicos
para la teleformación en España: comparativa e implantación”.
Como resultado de una labor de equipo de una docena de
profesores de diversas universidades; se describen y comparan
las plataformas educativas (Learning Management Systems)
utilizadas en las universidades españolas para la enseñanza a
distancia o como complemento de la enseñanza presencial y se
presenta la iniciativa OCW (Open Course Ware).
En la misma línea de acción telemática, el segundo
artículo trata sobre la “Reutilización de Objetos Educativos
para el estudio de circuitos electrónicos”, en lo cual están
trabajando sus autores, una decena de profesores de la UNED;
constituye una interesante y útil introducción a los Objetos
Educativos, presentando los diversos aspectos de utilidad,
estandarización, etiquetado (metadatos), interoperabilidad y
repositorios que dan forma este novedosa posibilidad de
compartir elementos docentes, cual “ladrillos” prefabricados
para construir temas y actividades docentes.
Mariano Barrón de la Universidad del País Vasco nos
descubre, en el tercer artículo “Curso de programación de
sistemas embebidos con statecharts”, una perspectiva útil y
muy diferente de la clásica, una alternativa de programación
de los mismos, que se sitúa en un nivel de descripción
funcional superior al de los lenguajes (tanto de bajo como de
alto nivel), mediante la utilización de diagramas de estados
ampliados, “normalizados” y compilables.
presentan una interesante práctica de domótica por vía
telemática como ejemplo de conexión de lo que se hace en
prácticas de laboratorio con situaciones y problemas reales,
que pueden motivar y situar en contexto de utilidad el
aprendizaje de los estudiantes.
Nos resta agradecer al Dpto. de Ciencia, Tecnología y
Universidad del Gobierno de Aragón, al Ayuntamiento y a la
Universidad de Zaragoza su apoyo y colaboración para el
buen desarrollo del congreso; también a la cátedra BSH-UZ
Electrodomésticos en innovación que lo ha patrocinado
(http://www.catedrabsh-uz.es).
Y apreciar, en forma destacada, los esfuerzos de los
compañeros del comité organizador y del comité de programa
http://taee2008.unizar.es/organizacion.html que han permitido
mantener la convocatoria bianual de este congreso dedicado a
la docencia universitaria en un área de conocimientos
específica; sin duda, un hecho singular en el ámbito de la
educación superior de nuestro país.
Hecho que tendrá continuidad en el próximo congreso
TAEE (el noveno), en la primavera de 2010 en Madrid, en la
Universidad Nacional de Educación a Distancia; esperamos
encontrarnos allí con muchos de los lectores de IEEE-RITA.
Permítanos invitarle a participar, con sus aportaciones y su
presencia, tanto en el TAEE 2010 como en el congreso
EDUCON 2010 del IEEE que se celebrarán en paralelo.
Tomás Pollán Santamaría, licenciado en
Ciencias Físicas, es Profesor Titular de EU.
Ha llevado a cabo numerosos proyectos de
I+D, entre los que cabe destacar el diseño de
encimeras de inducción (BSH-Balay). Aparte
de su preocupación docente, su mayor interés
se centra en la información como concepto.
Es de destacar su texto de Electrónica Digital
en cuatro volúmenes, que aborda didácticamente todos sus aspectos. Vicerrector de la
Universidad de Zaragoza de 1984 a 1992.
En el cuarto artículo, Pilar Fernández, Angel
Salaverría, Jacinto González y Enrique Mandado presentan
“El aprendizaje activo mediante la autoevaluación utilizando
un laboratorio virtual”; plantean el interés de aprovechar un
laboratorio virtual para valorar y reforzar el aprendizaje,
después del estudio de los correspondientes conceptos.
El quinto artículo, “Aprendizaje de Sistemas Digitales
utilizando tecnologías interactivas” de Marta Prim, Joan
Oliver y Vicenç Soler de la Universidad Autónoma de
Barcelona, nos hace participes de su experiencia de utilización
de mandos a distancia para la respuesta inmediata de los
estudiantes en clase de problemas; resulta una forma facil de
introducir interactividad en el aula, de inducir y obligar al
estudiante a una presencia más activa y de conseguir una
mayor motivación.
Bonifacio Martín-del-Brío, doctor en
Ciencias Físicas y “Senior Member” del
IEEE, es Profesor Titular de Universidad.
Sus temas de interés tratan sobre redes
neuronales artificiales, sistemas basados en
microprocesadores y tecnologías para la
enseñanza de la electrónica, sobre los que
ha publicado más de veinte artículos en
revistas, un centenar de comunicaciones en
Congresos y dos libros de texto.
Una experiencia particular es descrita por un grupo de
profesores de la Universidad Politécnica de Cataluña en el
sexto artículo, relativo a “Tecnología de semiconductores
orgánicos: fabricación de dispositivos electrónicos en aulas
docentes”; resulta interesante esta posibilidad de llevar al aula
la fabricación efectiva de transistores (en este caso utilizando
semiconductores orgánicos de pequeña molécula) y esperamos
que puede motivar experiencias similares por equipos que
dispongan de procesos tecnológicos adecuados.
En el séptimo artículo, “Sistema inalámbrico para
aplicaciones domóticas”, Cristina Rodríguez, Juan Hernández
y Susana Borromeo de la Universidad Rey Juan Carlos,
Inmaculada Plaza, licenciada en Ciencias
Físicas, con Diploma de Estudios Avanzados
en Ing. de Diseño y Fabricación. Doctora en
Ing. Electrónica, es profesora de la Escuela
Politécnica de Teruel. Junto con el Dr. F.
Arcega coordina el grupo interuniversitario
de I+D+i “EduQTech” (Education–Quality–
Technology) (www.unizar.es/eduqtech).
Los tres pertenecen al Departamento de
Ingeniería Electrónica y Comunicaciones de la Universidad de
Zaragoza.
ISSN 1932-8540 © IEEE
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
27
Los recursos tecnológicos para la teleformación
en España: Comparativa e implantación
Rafael Pastor, Member, IEEE, Edmundo Tovar, Senior Member, IEEE, Inmaculada Plaza, Senior
Member, IEEE, Manuel Castro, Fellow, IEEE, Martín Llamas, Senior Member, IEEE, Francisco
Arcega, Senior Member, IEEE. Gabriel Díaz, Senior Member, IEEE. Francisco Falcone, Senior
Member, IEEE, Francisco Jurado, Senior Member, IEEE, José Ángel Sánchez, Senior Member, IEEE,
Manuel Domínguez, Associate Member, IEEE, Francisco Mur, Member, IEEE, José Carpio, Senior
Member, IEEE
Title—Technological resources for distance learning in Spain:
A comparison and implementation.
Abstract – The implementation of the European Higher
Education Area (EHEA) has produced a revolution in the
traditional way of the university education is done. In the new
paradigm, the evaluation of the work carried out by the student
in a continuous way conduct us to the use of technological
resources for supervising the activities carried out in particular,
off the classroom. Such resources are known as e-learning
platforms (distance learning). All Spanish universities have
implemented (or are started to implement) this kind of e-learning
systems, so in this work a detailed revision of the characteristics
of the different platforms in the Spanish university area is shown.
Index Terms— e-learning, EHEA, Platforms, Open Source,
Standars.
R. Pastor está en el Dpto. de Informática y Automática, UNED, Madrid E28040, España ([email protected]).
E. Tovar está en el Departamento de Ingeniería del Software, Universidad
Politécnica de Madrid, Boadilla del Monte E-28660, España (e-mail:
[email protected]).
I. Plaza está en el Departamento de Ing. Electrónica y Comunicaciones.
Grupo EduQTech, Universidad de Zaragoza, Teruel E-44003, España (e-mail:
[email protected]).
M. Castro, G. Díaz, F. Mur y J. Carpio están en el Departamento de Ing.
Eléctrica, Electrónica y de Control. UNED. Madrid E- 28040, España (e-mail:
[email protected],
[email protected],
[email protected],
[email protected]).
M. Llamas está en el Departamento de Ingeniería Telemática, Universidad
de Vigo, Vigo E-36310, España (e-mail: [email protected]).
F. Arcega está en el Departamento de Ingeniería Eléctrica. Grupo
EduQTech, Universidad de Zaragoza, Zaragoza E- 50018, España (e-mail:
[email protected]).
F. Falcone está en el Departamento de Ing. Eléctrica y Electrónica.
Universidad Pública de Navarra. Pamplona E-31006, España (e-mail:
[email protected]).
F.A. Sánchez está en el Departamento de Ingeniería Técnica en
Informática, UNED, Talavera de la Reina E- 45600, España (e-mail:
[email protected]).
M. Domínguez está en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y de
Sistemas y de Automática, Universidad de León, León, E- 24071, España (email: [email protected]).
F. Jurado está en el Departamento de Ing. Eléctrica. Universidad de Jaén.
Jaén, E- 23700, España (e-mail: [email protected]).
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
I.
L
INTRODUCCIÓN
AS estrategias de enseñanza son los procedimientos o
recursos utilizados por el agente educativo para promover
el aprendizaje significativo. Se entiende por “estrategia” un
procedimiento flexible y capaz de adaptarse a diferentes
situaciones de enseñanza. El Espacio Europeo de Educación
Superior (EEES) requiere una nueva descripción del papel del
profesorado y basar este enfoque en el alumno, lo que implica
la utilización de diferentes estrategias docentes.
Se han enunciado diferentes formas de enseñanza entre
profesorado universitario. En [1] se establece una clasificación
de éstas. Aparecen cinco clases que se distribuyen de forma
continua. Desde la centrada totalmente en el profesor (basada
en los contenidos) hasta la enfocada en el alumno (basada en
el aprendizaje).
También, se ha postulado que adoptar elementos centrados
en el alumnado va ligado a una percepción más positiva del
aprendizaje. Esto a su vez, se relaciona con una concepción
más positiva del aprendizaje por parte del alumno. Así pues,
se mejora la calidad de la educación.
Según Ramsden [2], “Cualquier estrategia docente – desde
una simulación a través de TIC hasta una clase magistral de
una hora – será sólo tan buena como lo sea la persona que la
interpreta”. Las estrategias docentes por sí solas no conllevan
una mayor calidad docente, sino que es necesario una
reflexión de base.
Las destrezas docentes son importantes, pero sólo
conseguirán éxito si se utilizan a partir de una teoría docente
coherente. De forma que, previo a la utilización de diferentes
estrategias docentes, se debe establecer una reflexión teórica.
Dentro del ámbito de estrategias y metodologías, no se puede
excluir a los estudiantes. Es necesario tener en cuenta que los
estudiantes han cambiado, de forma que sus demandas,
conocimientos y necesidades han ido evolucionando. Es
crucial la adaptación a estos cambios con la introducción de
nuevas estrategias y el uso de las Tecnologías de la
Información y Comunicación (TICs).
Si bien la utilización de las TICs puede hacer más ardua la
tarea docente (principalmente por desconocimiento), cuando
ISSN 1932-8540 © IEEE
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
estas tecnologías se integran y se usan de forma
complementaria, pueden posibilitar otras facetas de la relación
profesor-alumno, tales como la comunicación o la interacción
entre los propios alumnos. La adaptación al EEES conlleva la
orientación de la docencia desde una perspectiva diferente a la
que la mayoría del profesorado había adoptado hasta ahora.
Para asegurar el éxito de este proceso habrá que seguir
motivando al profesorado, pero fundamentalmente habrá que
proporcionarle más recursos y formación.
Respecto a la docencia, las TICs tienen tres objetivos
fundamentales: ser un medio que facilite el desarrollo del
proceso enseñanza-aprendizaje, incrementar la competitividad
de las universidades por la captación de estudiantes mediante
procesos formativos en línea; y facilitar la movilidad mediante
el desarrollo de portfolios digitales para los estudiantes.
Además de la clásica formación presencial, se comienza a
hacer un mayor énfasis en la formación virtual, usando
Internet de forma intensiva. Como señala Dondi [3], no sólo
se trata de la formación, sino que también hay que aprovechar
el enorme potencial de las TICs para multiplicar las
oportunidades del aprendizaje informal.
Para ello las universidades, tienen que potenciar sus
Plataformas Tecnológicas de Enseñanza (Learning
Management Systems), incorporando herramientas de
distribución de contenidos, de comunicación y colaboración,
de seguimiento y evaluación, de administración y asignación
de permisos, etc., y complementarlos con Sistemas de Gestión
de Contenidos de Aprendizaje (Learning Content
Management Systems), que incorporan repositorio de objetos
de aprendizaje, herramientas de autor, de publicación, de
colaboración, y administración. Este trabajo presenta, en
primer lugar, las necesidades de las universidades españolas
con relación a la teleformación, (sección 2), así como los tipos
de plataformas (sección 3) junto a una revisión de los casos
de estudio de plataforma identificados y su implantación en
las universidades españolas (sección 4 y 5). Además, también
se comienzan a explorar con imaginación nuevos canales y
medios de aprendizaje, como Second Life. Y a su vez, la
biblioteca se convierte en una de las puntas de innovación,
asumiendo un papel proactivo y de participación en el proceso
educativo, pasando a desempeñar el papel de Centro de
Recursos para el Aprendizaje y la Investigación (CRAI). Pero
esta transformación de los servicios ofrecidos por bibliotecas
queda fuera del alcance del presente trabajo.
Por último, los contenidos o recursos digitales abiertos
deben empezar a ofrecer la posibilidad de ser accedidos sin
costes. Un ejemplo paradigmático es el OpenCourseware
(OCW), del MIT, que también comparte Universia, y que se
trata en la sección 6.
II. NECESIDADES PLANTEADAS DESDE LA UNIVERSIDAD
Tal y como se ha planteado, las TICs pueden apoyar la
labor docente, abriendo otras posibilidades diferentes a los
recursos utilizados en la enseñanza “tradicional”, tales como
la comunicación o la interacción entre los propios alumnos.
Centrándonos en la teleformación, para facilitar
integración en el proceso de enseñanza – aprendizaje,
plataformas utilizadas deberían cubrir una serie
necesidades, que suelen ser comunes a todas
universidades. Se exponen a continuación.
su
las
de
las
A. Empleo de estándares
Los estándares juegan un papel muy importante en el eLearning,
pues
permiten
fundamentalmente
la
interoperabilidad entre los distintos sistemas así como la
reutilización de los recursos. La figura 1 muestra una
panorámica general de estándares aplicables al e-Learning [4].
Quality Management
and Quality Assurance
Process-orientation
ISO 9000: 2000, EFQM,
...
ISO/IEC 19796-1
Product-orientation
Criteria (dmmv, ASTD)
DIN Reference Criteria
Competency-orientation
Competency definitions
and assessment
TechnologyStandards
SGML, XML, ...
GPRS, UMTS, ...
MPEG-x, ...
TCP/IP, ...
Learning Technology Standards
Didactics
EML/IMS
Learning Design
DIN Didactical
Object Model
Actors
Learner
Information
Package
(LIP)/PAPI)
Contents
Learning Object
Metadata (LOM)
Management
SCORM, IMS
Content
Packaging
Context
Situation and
Context
Descriptions /
KM Interface
Mobility
Location and
Context
Awareness;
Synchronization
Process-Standards
E-Business Standards
(EBXML, OASIS, …)
School Standards
(School
Interoperability
Framework)
Curriculum Standards
(ECTS)
Legal Standards
Digital Rights
Expresión
Language
Figura 1. Clasificación de los estándares aplicables a e-Learning.
Dentro de los estándares, los que mayor implantación están
teniendo son [5]:
1) LOM (Learning Object Metadata): es el estándar oficial
(desde Junio de 2002) de Metadatos, y en el que se basan
gran parte de las otras especificaciones que existen sobre
metadatos (IMS, DCMI, ARIADNE, GEM, EdNA, ADL
y Cancore). Los metadatos en general son datos acerca de
datos y se emplean para facilitar la gestión, el
descubrimiento y la recuperación de recursos en el
WWW. En e-Learning los metadatos añaden a la
información que pueden tener en el contexto general,
aquellos campos específicos a su ámbito educativo.
2) IMS CP (Content Packaging): este estándar se encarga
del mantenimiento de las relaciones existentes entre las
distintas unidades que componen un recurso, facilitando
así el intercambio de cursos completos o partes de los
mismos. Otra propuesta también muy extendida en este
campo es SCORM Content Agregation Model.
ISSN 1932-8540 © IEEE
PASTOR et al.: RECURSOS TECNOLÓGICOS PARA LA TELEFORMACIÓN EN ESPAÑA
3) IMS QTI (Question & Test Interoperability): es el
estándar más extendido en su campo, y permite la
definición de procedimientos y formatos comunes para el
intercambio de material de evaluación entre distintas
plataformas de e-Learning.
4) IMS LD (Learning Design): es el estándar más
representativo de los Lenguajes de Modelado Educativo
(EML). Un EML es una notación semántica para crear
unidades de aprendizaje orientadas a la reutilización de
entidades pedagógicas tales como diseños , objetivos y
actividades de aprendizaje, de tal manera que describe no
solo el contenido de una unidad de estudio sino también
los roles, las relaciones, las interacciones y las actividades
de alumnos y profesores.
B. Integración con los sistemas existentes y sostenibilidad
Capacidad de interconexión con los sistemas de las
universidades en la parte de autorización/autenticación
(LDAP, Directorio Activo), sistemas de notas, etc. Es
importante que la plataforma disponga de una infraestructura
de desarrollo que permita personalizar los componentes y
adaptarlos a las necesidades de la institución (matriculación
automática, acceso a los portfolios de los alumnos e historial
académico). Además es muy importante valorar los problemas
de mantenimiento (actualizaciones y seguridad) asociados a la
instalación de cualquier plataforma, evaluando los riesgos
reales de los compromisos de seguridad y los planes de
actualización. Es importante tener en cuenta que las diferentes
soluciones se deben adaptar al entorno corporativo (máxime
cuando éste se corresponde con un número de usuarios
grande: este es el caso de la UNED, donde se ha debido de
modificar y adaptar el entorno existente de trabajo con un
soporte de hardware y software externo, para permitir un
acceso a múltiples servidores con un gestor de carga externo
que permitiese una ampliación de los sistemas).
C. Soporte colaborativo
Esta parte es muy importante para el EEES porque implica
la creación de grupos y la valoración del trabajo en equipo,
que es una de las competencias generales que se deben
“evaluar”. Adicionalmente, se debe contemplar el uso de los
ambientes de trabajo para actividades organizativas de la
gestión de instituciones universitarias: departamentos,
facultades, etc. El uso de la misma herramienta para la
práctica docente y la gestión universitaria (o incluso de la
práctica investigadora) proporciona una perspectiva
integradora que mejora la eficiencia y productividad.
D. Accesibilidad
El término “accesibilidad electrónica” se refiere a la
facilidad de acceso a las TIC y a la información que ofrece
Internet, sin limitación alguna para personas que posean algún
tipo de discapacidad [6]. Obviamente, esta característica
resulta clave en las plataformas destinadas al e-Learning. Cabe
destacar el esfuerzo realizado en este campo por el consorcio
W3C [7] a través de la Web Accesibility Initiative (conocida
habitualmente como WAI) cuyas pautas se han convertido en
29
un referente internacional seguido por algunos de los
desarrolladores de las plataformas que nos ocupan.
En el contexto de este trabajo, remarcaremos la importancia
que la legislación actual otorga a la accesibilidad a través de la
Ley de Servicios de la Sociedad de la Información y de
Comercio Electrónico [8] según la cual las administraciones
públicas deberán adoptar las medidas necesarias para que la
información de sus páginas de Internet pueda ser accesibles
siguiendo criterios de accesibilidad al contenido reconocidos
antes del 31 de diciembre de 2005. Esta medida es extensible
a todos los organismos que opten a una subvención pública.
E. Usabilidad
La ISO (International Organization for Standardization),
define la usabilidad como la capacidad del producto software
para ser comprendido, aprendido, usado y resultar atractivo al
usuario, cuando se utiliza bajo condiciones determinadas [9].
En su norma 9241, también la define como el grado en el que
un producto puede ser usado por unos determinados usuarios
para alcanzar unos objetivos definidos con efectividad,
eficacia y satisfacción en un determinado contexto de uso
[10].
De las anteriores definiciones se puede comprender que esta
característica es fundamental en las plataformas de eLearning, que deben ser fáciles de comprender y usar y
resultar suficientemente atractivas para los alumnos y
docentes implicados en su utilización en un contexto de
aprendizaje determinado.
III. TIPOS DE PLATAFORMAS EDUCATIVAS
Una vez expuestos los requisitos que deberían cumplir las
plataformas, presentaremos las más empleadas [11],
clasificándolas en dos tipos: las de código abierto frente a las
de código propietario, comentando ventajas e inconvenientes
de cada uno de ellos.
• Código abierto: Moodle, Sakai, dotLRN/OpenACS,
ATutor, Ilias, etc.
• Código propietario: WebCT/Blackboard.
Ventajas del código abierto:
1. Bajo coste. Las herramientas de código abierto tienen
precios muy asequibles, para su uso comercial,
siendo la mayoría gratuitas. Esto hace que en el
precio de venta al público de cualquier aplicación
realizada con este tipo de herramientas disminuya
puesto que la proporción del coste asignado a la
personalización y adaptación a los deseos del cliente
respecto al coste de las herramientas es muy diferente
a la que se hubiese alcanzado de emplear
herramientas de fuente cerrada.
2. Menor coste de mantenimiento. Al disponer del código
fuente de los programas, se pueden desarrollar
mejoras sin necesidad de adquirir nuevas versiones o
volver a encargar el proyecto de software. La
inversión realizada queda asegurada y no sometida a
los avatares de la empresa desarrolladora que, como
ocurre en bastantes casos, se niega a hacer
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
actualizaciones o declara el desarrollo del producto
discontinuado.
3. Tiempos de desarrollo menores. La disponibilidad de
código ya desarrollado permite abarcar proyectos con
una planificación temporal más corta y con menos
recursos. Esto se debe a que se emplea código ya
probado y público que se personaliza para la
aplicación y/o servicio concreto. Otro valor añadido
lo constituye que partir de un software probado y
sólido resulta mucho más seguro que si se hubiese
empezado todo el proyecto desde cero.
4. Mayor seguridad. Muchos dispositivos de seguridad
esconden su debilidad ocultando el código que la
garantiza. Cuando el supuesto mecanismo de
seguridad falla, no hay manera de corregirlo hasta
que los fabricantes de los componentes software
deciden solucionar el problema, ocultando otra vez la
solución. Al disponer del código fuente, es
relativamente sencillo encontrar dichos fallos de
seguridad y proponer, o incluso implementar, una
solución. Otro detalle a tener en cuenta es que la
disponibilidad del código permite al usuario técnico
percibir la calidad del producto analizando el corazón
de la aplicación y a su vez garantizar que no existen
componentes software inseguros como, por ejemplo,
un virus o troyano.
5. Sostenibilidad. La existencia de una comunidad de
desarrolladores que aporta constantemente código e
ideas en el desarrollo e implementación de
herramientas de código abierto implica que se
garantiza el ciclo de vida y la evolución del software
desarrollado. Además el número de personas
involucradas en dichas comunidades equivale a una
fuerza de trabajo de la cual no dispone la mayor parte
de las empresas de desarrollo software.
6. Personalización del entorno. El acceso directo al
código fuente permite que se pueda modificar con
criterios basados en las necesidades propias de las
instituciones, de forma que se puede transformar el
producto original en uno muy orientado a las
necesidades concretas de la institución.
Entre los inconvenientes reconocidos hay que citar la
necesidad mayor de administración y gestión de las
plataformas de código abierto, así como en general, la
necesidad redisponer de recursos humanos más especializados
y con una mayor cualificación técnica.
Se pueden comentar varias ventajas asociadas al uso de
plataformas de código propietario, de las que destacamos las
más relevantes:
1) Soporte. Los productos comerciales, habitualmente,
disponen de unos departamentos de control de calidad
que prueban dichos productos y aseguran el
funcionamiento de acuerdo a las especificaciones técnicas
del producto.
2) Documentación de producto. Al disponer de
departamentos específicos para el desarrollo de la
documentación y difusión del producto, se evita que sean
los propios desarrolladores los que produzcan esta
información. Esto crea una perspectiva real de usabilidad
por parte de los usuarios finales, ya que las mismas
personas del departamento de difusión prueban el
producto y generan los escenarios de uso de la aplicación.
3) Amplia cuota de mercado. Dada la tradición de desarrollo
de software por parte de las empresas, el índice de
penetración de dichos productos en los ámbitos reales es
mucho mayor. Entre otras cosas, proporciona la
capacidad de encontrar de manera más sencilla otros
usuarios experimentados que generen conocimiento
alrededor de la utilización de dichas herramientas.
4) Especialización del producto. El desarrollo del software
esta orientado a la creación de necesidades en un ámbito
de actuación determinado, por lo que las aplicaciones se
generan en base a una especialización muy concreta, esto
es, para resolver problemas específicos que pueden no
tener interés para una comunidad de desarrollo. Es decir,
existen multitud de aplicaciones propietarias que no
generan expectativas de desarrollo, salvo que sea
financiado su desarrollo debido a su necesidad.
5) Unificación de productos. Una de las ventajas más
destacables del software propietario es la toma de
decisiones centralizada que se hace en torno a una línea
de productos, haciendo que no se desvíe de la idea
principal y generando productos funcionales y altamente
compatibles. Aquí, el software libre tiene una clara
desventaja, al ser producido y tomadas las decisiones por
un exceso de grupos y organismos descentralizados que
trabajan en líneas paralelas y no llegan muchas veces a
acuerdos entre ellos. Esto ocasiona que en algunas
ocasiones haya un gran caos a programadores y usuarios
finales que no saben que vías tomar. Además genera
productos cuya compatibilidad deja bastante que desear.
IV. IMPLANTACIÓN EN ESPAÑA
En España en los últimos años se ha producido un acceso
generalizado a las plataformas educativas, tanto en las
Universidades presenciales como en las de acceso sólo por
Internet o en las Universidades a distancia.
Han existido dos modos distintos de abordar su gestión y
organización:
1.
La instalación de plataformas propietarias, con una
implantación más rápida, pero con los problemas de
rigidez en su gestión y organización docente,
2.
El desarrollo de plataformas propias, para tener una
mayor libertad en su desarrollo y un mayor conocimiento
en su gestión.
Este segundo tipo de aproximación ha dejado paso a la
implantación generalizada actual de plataformas de código
abierto, impulsado su empleo por las ventajas citadas
anteriormente. En concreto, la capacidad de adaptación al
ISSN 1932-8540 © IEEE
PASTOR et al.: RECURSOS TECNOLÓGICOS PARA LA TELEFORMACIÓN EN ESPAÑA
modelo organizativo de las universidades hace que estas
soluciones sean muy atractivas para su implantación en
instituciones universitarias.
En España, la tendencia inicial fue el uso de plataformas
propietarias, en concreto WebCT, ya que proporcionaban
precios competitivos con una relación de coste/rendimiento
muy adecuada. Sin embargo, el paso de los años creo una
dependencia real del uso de dicha plataforma que se tradujo en
una dependencia tecnológica que evitaba que se pudieran
integrar los nuevos servicios desarrollados en las
correspondientes unidades de informática de las
universidades. A partir del año 2003, se comenzó a valorar el
uso de herramientas de e-learning como alternativa real al uso
de plataformas de código propietario, aunque antes ya había
proyectos ambiciosos como aLF/dotLRN en la UNED o
Moodle en la Universidad de las Palmas de Gran Canaria con
los primeros resultados.
En la actualidad, más de veinte universidades usan
diferentes plataformas de e-learning de código abierto, y la
tendencia es creciente. Por ello, se hace necesario establecer
una comparativa entre las más utilizadas, de forma que pueda
servir de orientación a la hora de decantarse por utilizar una
de ellas.
V. CASOS DE ESTUDIO
El análisis de las plataformas empleadas en España nos
permite destacar los casos generales más extendidos. En la
Tabla 1 se recoge la comparativa de algunas de las más
utilizadas a nivel nacional. En concreto, de acuerdo a Edutools
[11] se han comparado las distintas funcionalidades de
dotLRN, Moodle (v 1.5.2) Sakai 2.0 y WebCT Campus
Edition 6.0. Pasaremos a describir con mayor detalle las
características más generales de cada una de ellas, remarcando
si cumplen las necesidades planteadas desde el entorno
universitario, expuestas en el apartado II.
A. WebCT
Lo tienen o han tenido la mayoría de las universidades
españolas (la UNED y la Universidad de Zaragoza incluidas).
Actualmente en algunas universidades coexisten las dos
últimas versiones de WebCT. Por ejemplo, en la Universidad
de Zaragoza se está migrando desde la versión 4 a la versión
6. La decisión del cambio ha venido motivada por las ventajas
que presenta esta última versión: organización más ajustada a
la estructura docente, separación más clara de los perfiles de
usuario, gestión de archivos ampliada, separación más clara
entre el área de herramientas y de contenidos [12], mientras
que en la UNED de momento se ha desechado la migración.
Otro ejemplo de aplicación se presenta en el Aulario Virtual
en la Universidad Pública de Navarra [13]. En este caso, se
está empleando la versión 4.1, con una amplia aceptación
tanto en el profesorado como el alumnado. Con el fin de poder
facilitar el aprendizaje de la herramienta, tanto en su uso como
en la creación de contenidos dentro de los perfiles permitidos
por el administrador, se pone a disposición de todos los
31
usuarios un curso de manejo de WebCT como si se tratase de
un curso de Aulario Virtual convencional.
El uso del Aulario Virtual ha posibilitado evolucionar la
manera de trabajar tanto por parte del alumno como del
profesor. De esta manera, es posible encontrar la opción de
chat o de diversos foros temáticos. Esto posibilita poder tratar
temas de carácter más específico de una materia, soportado
generalmente por diversos enlaces a recursos web externos.
Por otra parte, permite facilitar a los alumnos de manera
rápida y completa actualizaciones tanto de material docente
como material complementario.
TABLA I
COMPARATIVA DE FUNCIONALIDADES DE PLATAFORMAS DE E-LEARNING
WebCT
Campus
Moodle
FUNCIONALIDADES
.LRN
Sakai 2.0
Edition
(v 1.5.2)
6.0
Fecha de la revisión
14.11.05
26.08.05
27.02.04
07.07.05
Foros de discusión
SI
SI
SI
SI
Intercambio de Archivos
SI
SI
SI
SI
e-mail interno
SI
SI
Cuaderno de anotaciones
SI
SI
Chat en tiempo real
SI
SI
SI
SI
Servicios de Video
Pizarra electrónica
SI
Favoritos/marcadores
SI
Ayuda/orientación
SI
SI
SI
SI
Búsqueda dentro del curso SI
SI
SI
SI
Calendario/progreso
SI
SI
SI
SI
Trabajo desconectado
SI
SI
(sincronización)
Trabajo en grupo
SI
SI
SI
SI
Autoevaluación
SI
SI
SI
SI
Creación de Comunidades
SI
SI
de estudiantes
Portfolio de estudiante
SI
SI
SI
SI
Autenticación
SI
SI
SI
SI
Autorización de curso
SI
SI
SI
SI
Registro integrado
SI
SI
SI
SI
Gestión del curso
SI
SI
SI
SI
Ayuda al instructor
SI
SI
SI
SI
Herramientas de
SI
SI
SI
SI
evaluación en línea
Pruebas y puntuación
SI
SI
SI
SI
automáticas
Trazas del estudiante
SI
SI
Accesibilidad
SI
SI
SI
SI
Compartir/reusar
SI
SI
contenidos
Plantillas de curso
SI
SI
SI
SI
Gestión Curricular
SI
Interfaz particularizable
SI
SI
SI
SI
Herramientas de Diseño
SI
SI
SI
SI
Instruccional
Estándares instruccionales SI
SI
SI
SI
SCORM
SCORM
1.2
1.2
IMS CP
SCORM
IMS CP
IMS CP
1.1.2
1.2 IMS
1.1.2
IMS QTI
Estándares Seguidos
IMS QTI QTI v2.0 IMS QTI v1.2
v1.2
(export)
v1.2
(import)
IMS ES
IMS ES
1.01
1.1
ECL
Software Abierto
GNU
GNU
V1.0
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
B. Moodle
Actualmente es la plataforma con mayor penetración (en la
mayoría de casos con proyectos de implantación en marcha)
en las universidades españolas. Casi todas las universidades
están probando su implantación o implantándola ya en sus
cursos, tanto las que siguen un modelo presencial como las
que siguen uno a distancia o con contenidos on-line.
Entre otras está siendo usada por universidades como la
Universidad Jaume I de Castellón, la Politécnica de Las
Palmas de Gran Canaria, Rovira i Virgili de Tarragona,
Málaga, Illes Balears, Cádiz, Politécnica de Madrid,
Complutense de Madrid, Extremadura, Vigo y la Universidad
Politécnica de Cataluña entre otras.
En algunos casos, la utilización de Moodle se compagina
con las soluciones de software propietario y la institución
permite que sea el propio docente el que elija la plataforma a
utilizar en la impartición de cada una de sus asignaturas. Por
ejemplo, en la Universidad de Zaragoza los profesores pueden
optar por utilizar Moodle o WebCT [14], o en la Universidad
de Vigo entre Moodle y Claroline [15].
Otro proyecto relacionado con Moodle, consiste el proyecto
CAMPUS [16] de la Secretaria de Telecomunicaciones y
Sociedad de la Información de la Generalitat Valenciana, que
integra el uso de la propia plataforma Moodle con el uso de
Sakai. Esto se implementa mediante las especificaciones de
interoperabilidad promulgadas en la iniciativa OKI (Open
Knowledge Initiative) [17], [18] del MIT (Massachusetts
Institute of Technology) y por el consorcio (IMS Global
Learning Consortium) [19]
C. dotLRN/OpenACS
En este caso esta ha sido en general una alternativa previa a
Moodle. Así, se ha implantado en diversa medida en las
Universidades de Valencia y la UNED, mientras que en la
Universidad Carlos III se realizaron proyectos de evaluación
de la misma. En el caso de la UNED se ha utilizado este
entorno de base para hacer un desarrollo en código abierto que
permitiese implantar funcionalidades específicas de la UNED,
obteniendo así un nuevo producto, alF, utilizado hoy en día
por más de 100,000 usuarios activos [20]. Cabe destacar que
el uso no es solo docente, sino que se emplea en la gestión
interna de la propia Universidad en varios ámbitos. Esto es así
porque la plataforma proporciona un espacio de trabajo propio
con accesos a los distintos perfiles de trabajo (docente o
gestión). aLF incluye mejoras adicionales a la distribución
estándar de .LRN como son servicios de Video y pizarra
digital [21] y gestión de acceso a los repositorios
institucionales de la biblioteca y material multimedia de la
UNED [22].
D. Sakai
Otra de las nuevas plataformas también con una penetración
fuerte o al menos, siendo probada por un gran número de
universidades. Se encuentra en funcionamiento en las
universidades de Lleida [23] y Politécnica de Valencia [24].
Cabe destacar el fuerte crecimiento en poco tiempo al ser una
tecnología desarrollada en Java, lo que permite incluir
desarrollos ya hechos en esta tecnología.
E. Otras plataformas
Además de las plataformas anteriormente mencionadas,
cabe destacar la existencia de otras disponibles para su uso por
parte de las universidades, todas ellas de software libre [25]. A
modo de ejemplo, se pueden citar tres de ellas, de las que se
dispone versión en castellano:
1. ATutor: quizás es la que mejor soporta las normas IMS
CP y SCORM. Su accesibilidad está muy desarrollada
[26].
2. ILIAS: de la Universidad de Colonia. Es parte de Campus
Source [27].
3. Claroline: de la Université Catholique Louvain (Bélgica).
Es una de las más populares y mejor financiadas [28].
VI. OTROS RECURSOS TECNOLÓGICOS
OpenCourseWare (OCW) [29] es una iniciativa editorial
electrónica a gran escala, basada en Internet y fundada
conjuntamente por la Fundación William and Flora Hewlett, la
Fundación Andrew W. Mellon y el Instituto Tecnológico de
Massachusetts (MIT). Sus objetivos son:
1. Proporcionar un acceso libre, sencillo y coherente a los
materiales de los cursos del MIT para educadores del
sector no lucrativo, estudiantes y autodidactas de todo el
mundo.
2. Crear un modelo eficiente basado en estándares que otras
universidades puedan emular a la hora de publicar sus
propios materiales pedagógicos.
La Ingeniería Electrónica, originalmente impartida en el
MIT en el departamento de Física, se convirtió en un
programa con titulación independiente en 1882. El
departamento de Ingeniería Electrónica se constituyó a
principios del siglo XX, y ocupó su nueva sede (el edificio
Lowell) cuando el MIT aún se hallaba situado cerca de Copley
Square, en Boston. Entre los cursos disponibles relativos a la
Ingeniería Electrónica y Ciencias Computacionales se
encuentran entre otros, “Introducción a la Electrónica”,
“Teoría de la Computación” y “Circuitos y Electrónica” [30].
También ha llegado a España esta democratización del
acceso al conocimiento, tras el éxito del MIT OCW siendo ya
más de 100 las universidades que participan en mayor o
menor grado. Este proyecto ha adquirido gran magnitud, en
cantidad y también en calidad, impulsado por la revolución
que han supuesto las herramientas de la Web 2.0. Universia
[31] ha liderado el primer consorcio OCW iberoamericano,
comenzando a publicar traducciones de los cursos publicados
hasta llegar a tener más de 30 categorías en más de un
centenar de asignaturas impartidas en la institución
norteamericana. Esta primera etapa permitía difundir en
nuestra lengua el trabajo del MIT, al igual que la iniciativa
CORE MIT OCW permitía lo mismo con el idioma chino.
El OCW Universia, forma parte de un proyecto más global,
pero también más complejo, y que ha dado lugar hasta el
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PASTOR et al.: RECURSOS TECNOLÓGICOS PARA LA TELEFORMACIÓN EN ESPAÑA
momento a la creación de casi una decena de consorcios en
lugares tan dispares como Estados Unidos, Vietnam o Francia.
En un principio se firmó un acuerdo con la Universidad
Politécnica de Madrid en 2006 para el desarrollo y puesta en
marcha de una oficina que funcionase como impulsora del
proyecto y se creó un grupo de universidades promotoras que
estuvieran dispuestas a cumplir la premisa fundamental para
formar parte de un OCW.
Recientemente, se han adherido al consorcio UNIVERSIA
las primeras universidades latinoamericanas. A enero de 2009
son 88 las universidades socias, 38 universidades españolas y
50 latinoamericanas, con 473 asignaturas publicadas. A partir
de aquí, se comenzó a trabajar en el gestor de contenidos
común para las universidades, eduCommons, desarrollado
inicialmente por la Utah State University, y se llevaron a cabo
pruebas con él en la Universidad Politécnica de Madrid y en la
Carlos III de Madrid durante el último trimestre de 2006. En
la actualidad son diferentes los servicios que ofrece
UNIVERSIA:
1. Buscador simple: permite localizar un curso en cualquiera
de los campos a partir de una o varias palabras.
2. Buscador avanzado: posibilita encontrar cursos acotando
los campos de búsqueda.
3. Directorios de búsqueda: da la opción de navegar por las
diversas clasificaciones y llegar a la ficha del curso.
La autoría intelectual de los materiales utilizados en clase
está protegida con licencias Creative Commons, licencias que
introducen el concepto de “algunos derechos reservados”.
Frente a la exclusión del copyright, que reserva todos los
derechos y restringe las acciones que un usuario puede llevar a
cabo con un contenido así protegido, las licencias Creative
Commons [32] proporcionan un marco flexible tanto para el
creador como para el usuario mediante la promoción de un
uso responsable del material protegido con dicha licencia.
En España, ya se han adherido al consorcio, las siguientes
universidades, siendo esta una lista abierta que aumenta cada
día:
1. U. ALICANTE
2. U. BARCELONA
3. U. CANTABRIA
4. U. CARLOS III DE MADRID
5. U. ILLES BALEARS
6. U. JAUME I DE CASTELLÓN
7. U. NACIONAL DE EDUCACIÓN A
8. DISTANCIA
9. U. NAVARRA
10. U. POLITÉCNICA DE CATALUNYA
11. U. SANTIAGO DE COMPOSTELA
12. U. SEVILLA
13. U. POLITÉCNICA DE MADRID
14. U. AUTÓNOMA DE MADRID
15. U. CÁDIZ
16. U. CASTILLA-LA MANCHA
17. U. EXTREMADURA
18. U. GIRONA
19. U. HUELVA
33
20. U. MÁLAGA
21. U. MURCIA
22. U. OBERTA DE CATALUNYA
23. U. POLITÉCNICA DE VALENCIA
24. U. INTERNACIONAL DE ANDALUCIA
25. U. DEUSTO
26. U. ABAT OLIBA CEU
27. U. A CORUÑA
28. U. OVIEDO
29. U. PAÍS VASCO
30. U. ROVIRA I VIRGILI
31. U. SALAMANCA
32. U. VALENCIA
33. U. VALLADOLID
34. U. VIGO
35. U. ZARAGOZA
36. U. POLITÉCNICA DE CARTAGENA
37. U. AUTÓNOMA DE BARCELONA
38. U. GRANADA
39. U. LA LAGUNA
Dentro de la iniciativa de OCW se está desarrollando
actualmente otra que la complementa, Open Knowledge
Initiative (OKI) [17]. Es un proyecto para construir un sistema
de gestión educativo de código abierto (una arquitectura y sus
componentes).
Diseñado primariamente por el MIT y Stanford, con el
patrocinio de la Mellon Foundation, OKI desarrolla y
promueve especificaciones que describen cómo los
componentes de un entorno software se comunican entre sí y
con otros sistemas. Las especificaciones OKI posibilitan la
interoperabilidad e integración mediante la definición de
estándares para la arquitectura orientada de servicio (SOA).
Para lograr este objetivo OKI ha desarrollado y publicado las
definiciones de interconexión se servicio abierto.
VII. CONCLUSIONES
En el presente trabajo se ha expuesto como los desarrollos
tecnológicos actuales se van implantando en las Universidades
españolas de forma que en cada una se puede acceder a una
serie de nuevos servicios que mejoran la enseñanza y el grado
de satisfacción de los estudiantes, ampliando además las
posibilidades de participación en las labores educativas de
cara al nuevo marco del EEES.
Se ha planteado las ventajas de uso de desarrollos
tecnológicos en el ámbito del aprendizaje a distancia y elearning, diferenciado entre soluciones Open Source (OS) y
propietarias, exponiendo las más relevantes. Se puede concluir
que las primeras proporcionan un grado de adaptación a las
especificaciones de la institución que difícilmente pueden
conseguirse con el otro tipo de plataformas. De hecho, la
evolución de uso de dichas plataformas ha sido hacia el
ámbito de las plataformas de código abierto, perdiendo las
propietarias cuota de mercado dentro del conjunto de
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
universidades españolas. Además, en base a las características
que deben proporcionar, se comprueba que la mayor parte de
las plataformas OS (Moodle, .LRN o Sakai) se ajustan a estas
especificaciones, lo que las hace todavía más atractivas.
Para finalizar la panorámica de recursos tecnológicos para
la docencia se ha mostrado el proyecto OCW y se ha
introducido OKI. El primero está siendo muy activo en la
comunidad de universidades, gracias a los esfuerzos por parte
de Universia en promocionar su implantación, mientras que el
segundo, menos conocido, proporciona un marco de
interoperabilidad que ya están comenzado explotar en alguna
universidades de Cataluña.
AGRADECIMIENTOS
Los autores quieren agradecer al Ministerio de Educación y
Ciencia de España y al Plan Nacional Español de I+D+I 20042007 el apoyo en los proyectos TSI2005-24068-E, TSI200730679-E y EA2006-0070, y al Programa Iberoamericano de
Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED) a través de
su acción de coordinación 508AC0341 SOLITE. También al
IEEE, la Sociedad de Educación, su Sección Española y el
Capítulo Español de la Sociedad de Educación del IEEE desde
donde se ha promovido este artículo conjunto.
REFERENCIAS
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[29] OCW MIT. http://ocw.mit.edu/OcwWeb/web/home/home/index.htm/.
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[30] OCW MIT – Universia http://mit.ocw.universia.net. URL con último
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[31] OCW Universia. http://heracles.gate.upm.es/ocwuniversia/. URL con
último acceso el 12/11/2007.
[32] Creative Commons España: http://es.creativecommons.org/. URL con
último acceso el 20/02/2009.
Rafael Pastor Vargas Pastor es Doctor por la Escuela de
Ingeniería Informática y Titular de Universidad de la
Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED).
Es Director de Innovación del Centro de Innovación y
Desarrollo Tecnológico (CInDeTec) de la UNED, dónde
desarrolla labores de transferencia de conocimiento sobre
plataformas educativas. Ha participado en varios
proyectos de investigación como investigador asociado así como ha dirigido
proyectos PROFIT del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo. Su
principal actividad investigadora está centrada en las aplicaciones y desarrollo
de laboratorios remotos y virtuales y su aplicación en la educación superior.
Es miembro de la Sociedad de Educación de IEEE
Edmundo Tovar, Profesor Titular de la Universidad
Politécnica de Madrid (UPM) es doctor en Informática
(1994) y Licenciado en Informática (1986) por la UPM.
Es "Certified Software Development Professional"
(CSDP) por IEEE Computer Society. Ha sido consultor
en Aseguramiento de la Calidad para diversas
instituciones y experto evaluador de programas de la
Agencia Nacional de Evaluación de la Calidad y
Acreditación (ANECA). Ha participado como investigador en proyectos de
mejora del proceso software y en tareas de gestión de calidad de software en
proyectos internacionales desde 1988, y proyectos educativos, coordinando
algunos de ellos en el contexto del Espacio Europeo de Educación Superior
para el Ministerio de Educación Español. IEEE Senior Member, pertenece al
Comité Administrativo de IEEE Education Society AdCom (2007-2009) y
pasado Chairman del Capítulo Español de IEEE Education Society.
Es responsable del grupo de Innovación Educativa de la UPM “GICAC” y
actualmente es Vicedecano para la Calidad y Planificación Estratégica de la
Facultad de Informática.
ISSN 1932-8540 © IEEE
PASTOR et al.: RECURSOS TECNOLÓGICOS PARA LA TELEFORMACIÓN EN ESPAÑA
Inmaculada Plaza (M’02–SM’06) es licenciada en
Ciencias Físicas con Grado, obtuvo el Diploma de
Estudios Avanzados en Ingeniería de Diseño y
Fabricación por la Universidad de Zaragoza y el
Doctorado en Ingeniería Electrónica y Comunicaciones
por la misma Universidad.
Su experiencia profesional comenzó en el campo de la
Física del estado sólido y la Física nuclear. Actualmente
es docente en el departamento de Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones en la EU Politécnica de Teruel (Universidad de Zaragoza).
Junto con D. Francisco Arcega coordina el grupo interuniversitario de I+D+i
“EduQTech” (Education– Quality–Technology) (Educación – Calidad –
Tecnología).
Manuel Castro Manuel Castro. Doctor Ingeniero
Industrial por la Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Industriales (ETSII) de la Universidad Politécnica de
Madrid (UPM) e Ingeniero Industrial, especialidad
Electricidad, intensificación Electrónica y Automática, por
la misma Escuela. Ha obtenido el Premio Extraordinario
de Doctorado de la UPM así como el Premio Viesgo 1988
a la Tesis Doctoral por la aportación a la Investigación
Científica sobre Aplicaciones de la Electricidad en los Procesos Industriales.
Ha obtenido el Premio a los mejores Materiales Didácticos en Ciencias
Experimentales del Consejo Social de la UNED en los años 1997 y 1999. Ha
recibido el premio a la "Innovative Excellence in Teaching, Learning &
Technology" del "Center for the Advancement of Teaching and Learning" del
año 2001. Actualmente es Catedrático de Universidad del área de Tecnología
Electrónica en el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de
Control, ETSII de la UNED y Director del Departamento. Ha sido Vicerrector
de Nuevas Tecnologías de la UNED, así como Subdirector de Investigación, y
Subdirector de Gestión Académica de la ETSII de la UNED y Director del
Centro de Servicios Informáticos de la UNED. Participa en numerosos
proyectos de investigación como investigador, coordinador y director y
publica en revistas y congresos, tanto nacionales e internacionales. Publica
igualmente libros y material investigación multimedia dentro de sus líneas de
investigación y docencia, así como realiza programas de radio, televisión, etc.
Ha trabajado cinco años como Ingeniero de Sistemas en Digital Equipment
Corporation. Pertenece al comité organizador de los congresos internacionales
y nacionales IEEE FIE, CIES-ISES, TAEE y SAAEI, así como es revisor y
presidente de mesa. Es miembro Fellow del IEEE, miembro del
Administration Committee (AdCOM) de la Sociedad de Educación del IEEE y
Fundador y Pasado-Presidente del Capítulo Español de la Sociedad de
Educación del IEEE. Es Vice-Presidente del Consejo de Dirección de ISES
España.
Martín Llamas es Ingeniero de Telecomunicación
(1986) y Doctor Ingeniero de Telecomunicación (1994)
por la Universidad Politécnica de Madrid. Desde Marzo
de 1987 es profesor en la Escuela Técnica Superior de
Ingenieros de Telecomunicación de Vigo. Ha
participado y dirigido varios proyectos de investigación
en el ámbito del e-elarning. Sus áreas de interés son
fundamentalmente e-learning e ingeniería web. Ha
participado como autor o coautor en más de 200
publicaciones en revistas y congresos. Desde Marzo de
2004 es miembro de la Junta Directiva del Capítulo Español de la Sociedad de
la Educación del IEEE y Coordinador de su Comité Técnico, de Acreditación
y Evaluación, hasta Abril de 2008 en que es Chairman del Capítulo.
Francisco Javier Arcega es licenciado en Ciencias
Físicas por la Universidad de Zaragoza en 1976 y doctor
por la misma Universidad en 1981. Desempeñó el cargo
de profesor ayudante en el departamento de Electricidad y
Electrónica desde el año 1976 hasta 1983, año en el que
pasó a trabajar como profesor agregado de Escuela
Universitaria de Ingeniería Industrial. Actualmente es
Catedrático de Escuela Universitaria en el área de Ingeniería Eléctrica en la
Universidad de Zaragoza.
F.J. Arcega es miembro del IEEE donde alcanzó el grado de Senior Member
en el año 2005. Colabora regularmente con la Sociedad de Electrónica de
Potencia y con la Sociedad de Educación.
35
Sus principales campos de investigación son las medidas eléctricas, el control
eléctrico de equipos (incluyendo compatibilidad electromagnética y sus
aplicaciones en el campo industrial) y la calidad en la educación en el ámbito
de la ingeniería.
Coordina, junto con Inmaculada Plaza el grupo interuniversitario de I+D+i
“EduQTech” (Education– Quality–Technology) (Educación – Calidad –
Tecnología).
Gabriel Díaz Orueta nació en Madrid, España. Es
Licenciado y Doctor en Ciencias Físicas por la UAM
(Universidad Autónoma de Madrid) desde 1983 y
1988 respectivamente. Ha trabajado durante 15 años
para diferentes compañías del mundo de las
Tecnologías de la Información, desde Digital
Equipment Corporation hasta ADSO, su propia
compañía. Desde 2006 es Profesor en el
Departamento de Ingeniería Eléctrica Electrónica y
de Control de la UNED (Universidad Nacional de
Educación a Distancia). Actualmente sus actividades
investigadoras están ligadas a la Seguridad Informática en sistemas de
procesos de control, gestión de servicios TI y varias aproximaciones diferentes
a los usos de las TIC para la mejora de la formación superior en las
universidades.
Francisco Falcone was born in Caracas, Venezuela, in
1974. He received the M.Sc. degree in telecommunication
engineering from the Public University of Navarre,
Navarre, Spain, in 1999, and Ph.D. degree in
telecommunication engineering from the Public University
of Navarre in 2005. From 1999 to 2000, he was with the
Microwave Implementation Department, Siemens-Italtel,
where he was involved with the layout of the Amena
mobile operator. From 2000 to 2008, he has been a Radio
Network Engineer with Telefónica Móviles España. Since 2009, he is director
and partner of Tafco Metawireless, SME in electromagnetic and wireless
consulting and design.
Since the beginning of 2003, he has also been an Associate Lecturer with the
Electrical and Electronic Engineering Department, Public University of
Navarre. From 2005 to 2008, he has been internal instructor in Telefonica
Moviles. His main research interests include electromagnetic-bandgap
devices, periodic structures, radiowave propagation and metamaterials
Francisco Jurado (M'00-SM'06) nació en Linares, España.
Recibió el grado de doctor en la UNED, Madrid, en 1999.
Desde 1986, ha sido profesor en el Departamento de
Ingeniería Eléctrica, Universidad de Jaén, España. Sus
actividades de investigación se han centrado en los sistemas
eléctricos de potencia y las energías renovables.
Jose Angel Sánchez es Profesor de Sistemas Telemáticos
y Comunicaciones Industriales de Ciclos Formativos de
Grado Superior en Talavera de la Reina (España), es
Ingeniero Superior de Telecomunicación por la
Universidad Politécnica de Cataluña e Ingeniero Técnico
en Equipos Electrónicos por la Universidad de Alcalá de
Henares, y posee el Diploma de Estudios Avanzados en
Sistemas Eléctricos, Electrónicos y de Control de la
Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED).
También es Experto Universitario en Aplicaciones para la Gestión y
Automatización de empresas e industrias. Ha publicado libros y herramientas
didácticas para Formación Profesional sobre Sistemas de la Calidad y CAD
Electrónico con materiales multimedia presentados en conferencias y
congresos. Actualmente, es miembro del Comité de la Calidad en la
Enseñanza (ISO9001), en Talavera de la Reina, de la Red de Centros de
Calidad de la Consejería de Educación de Castilla-La Mancha, donde también
es Coordinador de Tecnologías de la Información y de la Comunicación y Jefe
del Departamento de Electricidad y Electrónica. En el Centro Universitario de
la UNED en dicha ciudad, ejerce como Profesor-Tutor de Redes en Ingeniería
Técnica Informática y es el Coordinador Tecnológico de dicho centro.
Finalmente, es Miembro Sénior y Secretario-Fundador del Capítulo Español
de la Sociedad de Educación del IEEE.
ISSN 1932-8540 © IEEE
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
Manuel Domínguez, nació en León, España. Es
profesor Titular de Universidad en la Universidad de
León y Doctor por la Universidad de Oviedo desde
2001. Dirige desde hace varios años un grupo de
investigación especializado en la supervisión remota
vía internet de procesos industriales complejos y en el
uso de nuevas tecnologías para la educación en Control.
Desde hace años colabora activamente con el grupo de Supervisión de la
Universidad de Oviedo a través de tesis doctorales y proyectos. Ha dirigido
diversos proyectos de investigación con financiación pública y con la
industria. Es director y miembro fundador del Instituto de Automática y
Fabricación de la Universidad de León.
Francisco Mur Pérez es Doctor Ingeniero
Industrial por la Escuela Técnica Superior de
Ingenieros Industriales (ETSII) de la Universidad
Nacional de Educación Distancia (UNED) e
Ingeniero Industrial, especialidad Electricidad,
intensificación Electrónica y Automática, por la
ETSII de la Universidad Politécnica de Madrid
(UPM). Obtuvo el Premio Extraordinario de
Doctorado de la UNED y los premios a los mejores
Materiales Didácticos en Ciencias Experimentales
del Consejo Social de la UNED en los años 1997 y
1999. Actualmente es Profesor Titular de Escuela
Universitaria del área de Ingeniería de Sistemas y
Automática en el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de
Control, ETSII de la UNED.
Ha participado en varios proyectos de investigación como investigador
publicando los resultados en revistas y congresos, tanto nacionales e
internacionales. Ha publicado igualmente varios libros dentro de sus líneas de
investigación y docencia. Es miembro del IEEE y sus principales líneas de
Investigación son el tratamiento digital de la señal, el control para sistemas
electrónicos de potencia, la mejora de la calidad en la red eléctrica y su
aplicación a la educación con nuevas tecnologías de la comunicación
José Carpio Ibáñez es Ingeniero Industrial (1985) y
Dr. Ingeniero Industrial (1988) por la Universidad
Politécnica de Madrid (UPM). Su carrera docente en
el área de Ingeniería Eléctrica se inició en 1988 y se
ha desarrollado desde entonces como profesor en
distintas
universidades
españolas
(UPM,
Universidad de Cádiz y UNED); actualmente es
Catedrático en el Departamento de Ingeniería
Eléctrica, Electrónica y de Control (DIEEC) de la
Universidad Nacional de Educación a Distancia
(UNED). En 1992/93 estuvo como Investigador visitante en el System
Optimization Laboratory (SOL) de la Universidad de Stanford, CA, EE.UU.,
trabajando en teoría de optimización de sistemas no lineales de gran
dimensión.
Sus principales líneas de investigación son el funcionamiento óptimo de los
sistemas eléctricos, las energías renovables (principalmente la solar
fotovoltaica), la compatibilidad electromagnética (EMC) y la aplicación a la
educación de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación.
Es miembro de distintas organizaciones y asociaciones profesionales como
IEEE (Senior Member), CIGRE, IEF y European EMTP-ATP Users Group.
ISSN 1932-8540 © IEEE
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
37
Reutilización de Objetos Educativos para el
Estudio de Circuitos Electrónicos
Miguel Latorre, Sergio Martín, Student Member, IEEE, Elio San Cristóbal, Student Member, IEEE,
Francisco García-Sevilla, Eugenio López-Aldea, Student Member, IEEE, Julio Pérez, Associate
Member, IEEE, Adolfo Hilario, Miembro, IEEE, Santiago Acha, Gabriel Díaz, Senior Member, IEEE,
y Manuel Castro, Fellow, IEEE
Title—Learning object reutilization applied to the study of
Electronic circuits.
Abstract—Education requires a great amount of effort.
Authoring high quality learning content is but one of many tasks
involved with this continuous process. Learning objects are a new
approach to help teachers to reuse and find different contents.
Open standards have made possible to achieve this
accomplishment. Through digital repositories we can explore
collections of resources about a topic of interest without filtering
large lists of search results. Later some of them shall be
combined in any manner one chooses. DIEEC wants to share
here the research to adapt our current Electronics Engineering
courses following this methodology.
Index Terms—Learning Objects, Electronics, reutilization,
interoperability.
I. INTRODUCCIÓN
L
A idea de objeto educativo o de aprendizaje (OA) aparece
descrito en torno al año 2000 [1] como “Un nuevo tipo de
instrucción basada en el computador y fundamentada en el
paradigma de la programación orientada a objetos empleada
en las ciencias de la computación. Se valora principalmente la
creación de componentes (llamados objetos) que puedan ser
reutilizados en múltiples contextos de aprendizaje. La idea
M. Latorre colabora con el Departamento de Ingeniería Eléctrica,
Electrónica y de Control de la UNED, C/Juan del Rosal nº 12, 28040, Madrid,
España (email: [email protected]).
S. Martín, E. San Cristóbal, G. Díaz y M. Castro pertenecen al
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Control de la UNED,
C/Juan del Rosal nº 12, 28040, Madrid, España (email: [email protected],
[email protected], [email protected] y [email protected]).
F. Garcia-Sevilla pertenece al Departamento de Ingeniería Eléctrica,
Electrónica, Automática y Comunicaciones de la UCLM, Av. de España s/n,
02071, Albacete, España (e-mail: [email protected]).
E. López-Aldea trabaja en NIEDAX, Madrid, España (e-mail:
[email protected]).
J. Pérez trabaja en Indra Sistemas, Avda. de Bruselas nº 35, 28108, Madrid,
España (e-mail: [email protected]).
A. Hilario pertenece al Dep. d'Eng. de Sistemes i Automàtica de la E.P.S.
d'Alcoi. Universitat Politècnica de València. Plaza Ferrándiz y Carbonell, s/n
03801 Alcoi, España (e-mail: [email protected]).
S. Acha pertenece al Departamento de Ingeniería Electromecánica de la
Universidad de Burgos, Avda. de Santander s/n, 09006, Burgos, España (email: [email protected]).
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
fundamental que subyace detrás de los objetos educativos es
que los diseñadores instruccionales puedan construir pequeños
componentes de instrucción (en relación al tamaño que tendría
un curso completo) que puedan ser reutilizados en otros
contextos diferentes de aprendizaje”. Es decir, los autores
pueden emplear recursos tales como una imagen o una
presentación si están estructurados en forma de objetos.
Su acepción más completa [2] es aquella que los engloba
como “Una entidad digital, autocontenible y reutilizable, con
un claro propósito educativo, constituido por al menos tres
componentes internos editables: contenidos, actividades de
aprendizaje y elementos de contextualización. A manera de
complemento, los OA han de tener una estructura (externa) de
información que facilite su identificación, almacenamiento y
recuperación: los metadatos”. A partir de esta idea básica, los
objetos educativos son vistos generalmente como entidades
digitales a las que se puede acceder mediante un simple
navegador Web y compartirlos con ciertas condiciones
impuestas por el autor en Internet. Esto último da pie a una
difusión mayor del conocimiento, facilitando tanto su uso
como localización a un gran número de personas
simultáneamente. Aquí encontramos la principal diferencia
respecto a los soportes tradicionales –si bien aquellos no
llegan a ser un sustituto de los mismos en ningún caso–, por
ejemplo un libro o una cinta de vídeo, que no pueden estar
ubicados en más de un lugar al mismo tiempo.
Si exploramos el mundo de la enseñanza asistida por
computador podemos encontrar muchas entornos y
plataformas de gestión del aprendizaje (Learning Management
System o LMS) [3], tanto comerciales como de libre
distribución. Estas aplicaciones informáticas permiten la
interacción del alumno con el profesor rompiendo las barreras
temporales y espaciales. Aplicando un modelo basado en
objetos educativos (Learning Object Model) a estas
herramientas se consigue sistematizar la producción de
materiales educativos de calidad. Así pueden ser reutilizados o
intercambiados con otras plataformas y actualizarlos
fácilmente a lo largo del tiempo. El objetivo es evitar la
obsolescencia de los recursos por la desaparición de ciertos
formatos específicos.
Para poder conseguir estos objetivos es fundamental la
existencia de recomendaciones y estándares ampliamente
aceptados que posibiliten la reutilización de los objetos
educativos y su interoperabilidad entre diferentes plataformas.
ISSN 1932-8540 © IEEE
38
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
Sin embargo, la mera existencia de estándares no es suficiente
para los diseñadores de materiales educativos. Se necesitan
además ejemplos prácticos y aplicaciones reales que les
orienten a la hora de aplicar dicha normativa, como
desarrollaremos en este caso.
entre distintos contextos de información constituye la
interoperabilidad. Tal es el propósito fundamental de esta
cualidad muy deseada en los metadatos. Por otra parte, esta
elusiva característica no sólo se valora conseguirla en la
manipulación sobre los metadatos, ya que también interesa
con los OOAA y los LMS.
II. TECNOLOGÍAS DE MARCADO Y ESTANDARIZACIÓN
El libro, aun en la era informática, continúa siendo en las
Universidades un elemento fundamental que progresivamente
se ha ido complementando con otros recursos audiovisuales e
informáticos. Incrementar la calidad de la formación
desarrollando cursos más personalizados, conseguir un
equilibrio entre esa personalización con la cooperación entre
los estudiantes, y, sobre todo, promover la accesibilidad junto
a las mejoras tecnológicas han sido retos que han tenido que
afrontar todos los educadores. Si no se emplea una tecnología
adecuada a estos fines todas las ventajas que pudiese aportar a
los cursos desaparecen. La preocupación en la igualdad de
oportunidades para poder entrar en esta infraestructura,
eliminando las barreras geográficas se hace palpable en las
plataformas de enseñanza a distancia. La última generación,
denominada eLearning es un paso más en la integración de los
distintos avances [4]. Los sistemas de administración del
aprendizaje ó LMS ocupan un lugar destacado en los cursos
en línea, para facilitar las interacciones entre estudiantes,
docentes y materiales.
Siguiendo estos criterios, el material educativo sólo estará
correctamente diseñado según el modelo de objetos
educativos cuando sea neutro respecto de la pedagogía,
contexto y medio. De este modo su contenido será adaptable a
las necesidades didácticas de los diferentes escenarios de
reutilización. La forma más eficiente de conseguir esta
adaptabilidad es emplear objetos de reducido tamaño y
encapsulados. Esto permite una sencilla clasificación y
búsqueda sistemática del contenido almacenado en los
mismos. Las tecnologías de marcado poseen estas
características y facilitan, por tanto, la aplicación del modelo
de objetos educativos al dotarlos de dicha propiedad.
Su núcleo son los metadatos (Tabla 1), descripciones
estructuradas en base a un formato conocido. Serían el
equivalente al código de barras aplicado a los recursos
educativos. Mediante su lectura e interpretación con un
programa o dispositivo destinado a tal propósito la persona
interesada conocerá las características del recurso al cual está
asociado: título, fecha de creación, etc. Así identificaríamos
directamente una obra concreta en cualquier plataforma sin
necesidad de abrir el archivo que la contiene (hay que destacar
que dicha información hasta ahora no estaba disponible).
Entre los estándares educativos los más destacados son Dublín
Core [5] e IEEE LOM [6].
Cruzar las barreras, bien sean técnicas (metadatos
publicados en distintos formatos o transmitidos en otros
protocolos), lingüísticas (múltiples idiomas), sociales (los
metadatos los usan alumnos y profesores) o culturales
(titulaciones académicas no equivalentes entre los países),
TABLA I
DESCRIPCIÓN DE UN RECURSO CODIFICADA EN LOM XML
<lom xmlns="http://ltsc.ieee.org/xsd/LOMv1p0">
<general>
<title>
<string xml:lang="es">Sumador paralelo con acarreo mixto.</string>
</title>
<description>
<string>
Dispositivo lógico combinacional formado por varios sumadores totales
conectados en cascada.
</string>
</description>
</general>
<lifecycle></lifecycle>
<meta-metadata>LOMv1.0</meta-metadata>
<technical>
<format>text/plain</format>
<location>http://www.uned.es/oa/07cv0_08xe.opj</location>
<otherPlatformRequirements>OrCAD v9.1 ó sup.</string>
</otherPlatformRequirements>
</technical>
<educational>
<learningResourceType>
<value>simulation</value>
</learningResourceType>
<context><value>higher education</value></context>
<typicalAgeRange><string>18,19</string></typicalAgeRange>
</educational>
<rights>Reconocimiento del autor:
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.es
</rights>
<relation>
</relation>
<annotation></annotation>
<classification>
<purpose><value>discipline</value></purpose>
<taxonpath>
<taxon>Universidad Nacional de Educación a Distancia</taxon>
<taxon>62 Ingeniería Industrial Especialidad Electrónica</taxon>
<taxon>Electrónica digital 2043</taxon>
</classification>
</lom>
El modelo LOM se basa en el conjunto de elementos de
Dublín Core (aprox. 2/3 partes más descriptores sobre la
enseñanza), éste se emplea en la descripción de contenidos
Web, especialmente en las bibliotecas digitales. Consta de
nueve categorías principales con 79 elementos, opcionales y
repetibles. Dada la necesidad de gestionar la información en
muchos formatos diferentes, desde archivos de texto a meta
etiquetas HTML, se plasma un modelo inicial abstracto en un
formato específico: el medio de enlace o binding. Saber cómo
expresar las descripciones de los recursos es la primera
decisión a tomar cuando se vaya a crear una colección de OA.
Inicialmente el IEEE LTSC estudió tres posibles candidatos,
finalmente reducidos a dos: el lenguaje de marcas ampliable
ISSN 1932-8540 © IEEE
LATORRE et al.: REUTILIZACIÓN DE OBJETOS EDUCATIVOS
(XML - P1484.12.3), y el marco de descripción de recursos
(RDF - P1484.12.4). La primera de ellas está muy extendida
pues permite realizar la descripción en una estructura
jerárquica con una serie de atributos, y, especifica los
vocabularios admitidos en cada una de ellas.
Debido a la diversidad de contenidos a los que está
orientado, en muchas ocasiones se hace uso de una parte de
ellos o se añaden nuevos para definir de forma adecuada los
objetos según el sistema educativo vigente, (Fig. 1). Además
se redactan guías de buenas prácticas con el fin de evitar
errores ya comprobados y establecer un acuerdo común en la
estructura de las descripciones –identificadores numéricos,
elementos prescindibles, etc.–. Tal selección de elementos se
denomina perfil de aplicación, siendo LOM-es [7] y
CanCORE [8] claros exponentes en sus correspondientes
países. Erik Duval resumió en una frase su definición [9]: “un
perfil de aplicación combina y adapta elementos de metadatos,
de modo que reúnan los requisitos específicos para un
contexto particular”. En las distintas categorías se encuentran
campos como la licencia de autor, nivel académico del
destinatario o sus especificaciones técnicas: tamaño, fecha,
ubicación, tipo de archivo, entre otros.
Una instancia XML o descripción sobre algún recurso en
particular con este estándar presenta un aspecto parecido al
mostrado en la Tabla 1, donde se han resaltado las categorías.
Si se tienen que describir colecciones numerosas de recursos
resulta inviable generar las instancias a mano una por una, por
lo que en la realidad se parte de plantillas de validación,
esquemas de definición XSD, con los cuales automatizar todo
el proceso.
Fig. 1. Reutilización de objetos de varios cursos para crear otro.
En el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y
de Control de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Industriales de la Universidad Nacional de Educación a
Distancia se viene desarrollando por parte del grupo de trabajo
CAEE desde hace ya varios años diverso material educativo
[10] – [11], destinado fundamentalmente a la formación de los
alumnos de la UNED (por ejemplo en la educación no
39
presencial). Todo este material cuenta, además del soporte
habitual en papel, con gran cantidad de documentos, ejemplos
de simulación, problemas resueltos, aplicaciones multimedia,
manuales, etc., en soporte electrónico. Estos materiales no
están organizados como un todo sino que cada uno de ellos
está diseñado de manera individual, en función del objetivo
del mismo y del público concreto al que iban dedicados.
El trabajo inicial consistió en catalogar esta serie de
colecciones y desarrollar las aplicaciones informáticas
necesarias para generar, empleando un lenguaje de marcado
como XML, los objetos educativos con las características
adecuadas para su posible reutilización en cualquier curso de
enseñanza virtual. En este caso los esquemáticos de circuitos
eléctricos, tutoriales de uso de los simuladores y
presentaciones en Flash de las distintas asignaturas serían los
recursos originales que una vez descritos pasarían a
convertirse en objetos.
A partir de la pareja recurso-descripción (OA) se podrán
construir bloques mayores de contenido. En este
planteamiento un curso completo pasa a ser un conjunto de
objetos agrupados mutuamente –siendo también el resultado
un objeto–. Sin embargo, surgen dos inconvenientes. El
primero es el límite impuesto por la velocidad de transferencia
en las redes de comunicaciones, y por otro lado, la dificultad
de manejar muchos archivos. Por lo tanto, se requiere un
método con el cual reunir varios objetos en unidades de mayor
tamaño.
III.
INTEROPERABILIDAD Y OBJETOS DE APRENDIZAJE.
En la IMS Content Packaging se indica con detalle cómo se
debe empaquetar el contenido educativo para que pueda ser
utilizado entre distintos LMS o herramientas de autoría
conformes al mismo, resolviendo todos los problemas
anteriores. Conseguir la interoperabilidad entre ellas es
posible porque usan especificaciones de normalización
ampliamente aceptadas del modelado de objetos educativos.
Al distribuir una serie de contenidos empaquetados según
este estándar, se crea un paquete comprimido, generalmente
Zip, denominado Archivo de Intercambio de Paquetes
(Package Interchange File, o PIF) con los recursos
educativos, los metadatos LOM y un componente fundamental
conocido como manifiesto. Este archivo es otro documento en
formato XML en el que se describe, a dos niveles, la
estructura de los contenidos incluidos en el paquete. Por un
lado, en el manifiesto se describen cada uno de los recursos
del paquete y por otro la organización de dichos recursos, en
resumen, el orden de visualización.
Un ejemplo de uso muy extendido sobre IMS Content
Packaging es la propuesta SCORM® (Sharable Content
Object Reference Model) [12] realizada por la iniciativa ADL
(Advanced Distributed Learning) del Departamento de
Defensa de Estados Unidos, (Fig. 2). La motivación que llevó
a diseñar dicho formato de empaquetado fue disponer de una
serie de estándares técnicos para la distribución eficiente de
contenidos educativos entre múltiples aplicaciones, entornos y
ISSN 1932-8540 © IEEE
40
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
productos, así como facilitar su uso y descubrimiento. No se
trata sólo de importar-exportar ejercicios, presentaciones,
tutoriales, etc. entre varios LMS sino poder utilizarlos en el
mayor número de programas posible usando un tipo de
archivo común a todos ellos.
Precisamente éste es uno de los motivos por los que se ha
abordado la tarea de clasificar y convertir en objetos
educativos todo el material desarrollado hasta la fecha por el
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de
Control de la Universidad Nacional de Educación a Distancia.
Si los instructores tienen colecciones de recursos a su
disposición accesibles con esta tecnología, se aumenta
considerablemente la difusión de sus trabajos y reducimos el
tiempo empleado para crear nuevos contenidos.
En la práctica un paquete está formado por varias páginas
HTML enriquecidas con diversos elementos interactivos tales
como applets Java, cuestionarios, videos, imágenes,
exámenes, etc. Con ellas y el sistema de comunicación con el
LMS un profesor podrá realizar un seguimiento del alumno
conforme vaya terminando las distintas secciones de un curso
cargado en la plataforma de aprendizaje o personalizar su
aspecto de acuerdo a sus necesidades específicas (medio de
visualización, nivel de dificultad, etc.). El nombre del
estudiante, la valoración final o cuánto tiempo ha dedicado a
un SCO serían otros ejemplos de la información que se
transmite automáticamente a un LMS cuando se realiza un
curso SCORM, (Fig. 3).
Tanto organismos y responsables de contenido están en la
obligación de cumplir la legislación vigente en materia de
accesibilidad y que, al mismo tiempo, la accesibilidad a este
contenido (aunque cumpla los estándares establecidos por el
W3C) no esté supeditada a la adquisición por parte del usuario
de recursos adicionales –hardware o software–, más bien que
suponga un acceso transparente e inmediato, independiente de
la plataforma, lugar o idioma que se esté empleando. La idea
fundamental es abrir los cursos desde una sola aplicación, el
navegador Web, el cual sea autónomo por completo de los
requisitos tanto de los programas instalados como del sistema
donde se ejecute (Linux, Mac, Windows, etc.).
Aunque no se ha mencionado explícitamente, ya existen
Fig. 3. Aspecto de un curso SCORM sobre Electrónica.
Fig. 2. Sistemas de aprendizaje (LMS) y relación con paquetes SCORM.
Varias versiones de esta especificación han ido
apareciendo, añadiendo nuevas funcionalidades o corrigiendo
los errores detectados en su implementación. SCORM consta
de un entorno de ejecución, un modelo de metadatos y un
modelo de la estructura de los cursos denominado modelo de
agregación de contenidos, en el cual estos se crean a partir de
objetos de aprendizaje llamados objetos de contenido
compartible (Shareable Content Objects) [13]. Los SCOs son
una forma estándar de OA, es decir unidades independientes
de aprendizaje. En este contexto –para el propósito específico
de SCORM– los LMS se definen como cualquier sistema que
contenga la informacion del estudiante, pueda ejecutar y
comunicarse con los SCOs, e interprete la secuencia de
ejecución de los mismos.
aplicaciones para la autoría de OAs que empaquetan los
recursos del instructor. A partir de un documento creado con
un procesador de textos lo exportaremos a páginas Web sin
intervención alguna sobre la codificación del estándar. Los
estándares están destinados a los desarrolladores que
programan las herramientas de autoría, no para los usuarios
finales. De hecho, su uso debe ser completamente transparente
para los usuarios [14]. En otras palabras, implica que los
educadores crean los cursos sin necesidad de conocer los
detalles técnicos explicados hasta este momento sobre la
especificación (LOM, Dublín Core, XML, etc.), de manera
análoga a cuando una persona desea navegar por Internet no
analiza previamente el protocolo TCP/IP.
En consonancia con lo anterior distintas empresas ponen a
disposición del sector académico diversas aplicaciones
orientadas a la autoría de objetos. En el panorama actual la
ISSN 1932-8540 © IEEE
LATORRE et al.: REUTILIZACIÓN DE OBJETOS EDUCATIVOS
presencia de numerosas alternativas libres, bien sean
comerciales o gratuitas, da al educador muchas opciones
donde elegir [15]. Por ello este es el momento más apropiado
para estudiarlas con detenimiento y seleccionar aquellas que
tiendan a mejorar, fortalecer y consolidar el trabajo de los
docentes con los estudiantes. Se insiste en este punto que la
nueva metodología creación del OA > empaquetado > LMS
no implica reescribir los materiales desde cero o descartar los
preparados hasta ahora (libros de texto, unidades didácticas)
sino adaptarlos para facilitar su integración en los nuevos
sistemas de aprendizaje (Fig. 4).
IV.
REPOSITORIOS DE OBJETOS DE APRENDIZAJE.
Los repositorios institucionales son un fenómeno emergente
que abarca desde la educación primaria hasta la superior [16].
El objetivo de ellos es formar una red en la cual los
proveedores de recursos educativos se pongan en contacto con
los usuarios, pero, no resulta fácil acometer dicha tarea. Por
este motivo han nacido redes temáticas como EdReNe [17], en
las cuales distintos miembros del segmento educativo y
desarrolladores
intercambian
experiencias,
consejos,
soluciones o prácticas en la estructuración, organización y
funcionalidad de los repositorios. Algunos ejemplos son el
proyecto español Agrega [18] o la red de contenidos sobre
arquitectura MACE [19].
No tiene sentido encontrar un objeto individual aislado en
la red de redes habiendo descrito previamente con detalle su
contenido. Un repositorio no es más que el conjunto de
herramientas que permiten trabajar con los objetos, es decir,
encontrarlos, editar sus metadatos y guardarlos, todo ello a
través de un interfaz Web gráfico completamente intuitivo.
LOM sólo son capaces de utilizarlo aquellos LMS con los
cuales es compatible, lo cual significa que deben incluir
medios de edición en la Web para introducir campos de
metadatos. La mayoría de las ocasiones se accede a los
metadatos LOM de forma indirecta, como por ejemplo
páginas Web renderizadas, para una mejor consulta.
Toda esta información se almacena en el repositorio de
objetos educativos con el fin de hacerlos accesibles a los
usuarios y máquinas especializadas, facilitando su consulta
tanto a alumnos como a instructores. Utilizando el estándar
LOM se trata de mejorar la búsqueda y reutilización de dichos
recursos. Atendiendo a su temática en concreto o según su
disciplina, como por ejemplo “ejercicios sobre trigonometría”
se podrá obtener un listado reducido más manejable que la
consulta página a página en cada una de las fuentes escritas.
No debemos asociarlo a un gestor de contenidos donde se
etiquetan los mensajes en categorías, tampoco con LMS, ni
mucho menos con un buscador (los metadatos son el medio
para un fin: encontrar y no tener que buscar las “cosas”
correctas).
Estos contenedores hacen accesible toda la información
sobre los requisitos técnicos, académicos, permisos de licencia
y relaciones con otros objetos para su uso o copia. Lo más
habitual en los repositorios es que no guarden físicamente el
41
objeto. En lugar de ello, contienen el registro de metadatos y
apuntan a una ubicación con los recursos del OA [20].
Así como el etiquetado de un objeto se encuentra
completamente definido por el modelo LOM, la comunicación
entre diferentes colecciones de objetos también ha de cumplir
unos requisitos. De este modo, tanto los recursos educativos
como la descripción de los mismos puede compartirse entre
distintas instituciones educativas. Esta operación es posible
mediante diferentes tecnologías, destacando entre ellas el
protocolo OAI-PMH [21] promovido por la iniciativa Open
Access. Si nos centramos en su utilidad este formato se puede
comparar con RSS, el sistema de transmisión de noticias. Este
último proporciona un resumen de las novedades publicadas
en una página Web (noticias, cambios recientes) mientras que
aquel facilita la incluida en los objetos de aprendizaje.
La sensibilidad existente en los derechos de autor es un
tema de actualidad que afecta en gran medida al campo
académico, por esta razón no es posible la definición de un
sistema de intercambio de material de enseñanza sin delimitar
claramente las condiciones de uso. La iniciativa de acceso
abierto pretende poner a libre disposición la producción
académica que se genera en las universidades de todo el
mundo. La única restricción que se impone para la
reproducción y distribución de contenidos digitales en este
contexto es otorgar a los autores el control sobre la integridad
de su trabajo, además del derecho a ser apropiadamente
reconocidos y citados.
El protocolo OAI-PMH proporciona la herramienta para
realizar el intercambio de información, es decir, los metadatos.
El sistema de funcionamiento es sencillo: partiendo desde
puntos centralizados (proveedores de servicio) se pueden
realizar búsquedas conjuntas sobre los metadatos de todos
aquellos repositorios asociados (proveedores de datos). Según
este modelo, un repositorio o almacén digital es un servidor
accesible en la red que puede procesar las peticiones de este
protocolo y responder de forma apropiada.
Fig. 4. Componentes involucrados en un repositorio digital.
Esta infraestructura supone ofrecer a buscadores como
Google o Yahoo! los medios necesarios para encontrar
grandes cantidades de materiales educativos que de otro modo
no seríamos capaces de localizar. Otra consecuencia
ISSN 1932-8540 © IEEE
42
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
importante es la evolución del modo de interactuar con los
computadores conocida como escritorio semántico [22].
Ahora vivimos en un mundo de archivos donde invertimos
gran cantidad de tiempo buscando y organizando nuestra
información. Estas tareas deberán desaparecerán y acciones
como “mostrar actividades sobre Electrónica Digital del día 2
de Mayo de este año” serán realizables de forma instantánea
valiéndonos inconscientemente de los metadatos guardados en
los computadores, del mismo modo que con los objetos
educativos.
Entre las tecnologías asociadas al intercambio de
información entre distintos repositorios (Fig. 5) se distinguen
las ya expuestas sobre metadatos (representación,
empaquetado, buenas prácticas), sistemas de identificadores
únicos para los recursos en la red (URI, DOI, PURL),
métodos de encapsulación y transmisión de los metadatos para
los recolectores de información o búsqueda federada (OAIPMH, SQI, OKI), y, de control de acceso a plataformas de
pago o zonas restringidas a ciertos colectivos (inicio de sesión
único: Athens, Shibboleth, OpenID).
plataformas comerciales como en las de investigación. El
problema más importante sobre el que se está comenzando a
trabajar es reorganizar, hasta donde sea posible, todos los
materiales desarrollados hasta el momento por el
Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de
Control de la UNED para que, siguiendo la filosofía de los
objetos educativos, sean reutilizables en cualquier curso que
se desee. Los beneficios que estas herramientas reportarán al
colectivo docente están fuera de toda duda aunque, no
obstante, la dificultad del proceso radica en conseguir que,
además de cumplir con los estándares, sean de fácil manejo
para el usuario final.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al Ministerio Español de Ciencia e
Innovación su apoyo mediante el proyecto RedOBER Proyecto TSI2007-31091-E Objetos Educativos Reutilizables
(para el EEES en las especialidades de las Tecnologías de la
Información y las Comunicaciones).
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
Fig. 5. Repositorios digitales. Ciclo de vida de un OA.
La interconexión de los repositorios mediante las
capacidades que ofrecen los sistemas de búsqueda federada se
realiza a través de alianzas entre distintas organizaciones.
Ariadne en Europa, la americana MERLOT o la japonesa
NIME son algunos de los miembros del consorcio
internacional GLOBE [23], el cual garantiza el acceso a esta
red distribuida cumpliendo unos estándares de calidad. Su
función es ayudar a los interesados a localizar más recursos
con cierta relevancia desde una sola ubicación. Este es el
destino final al que tratan de sumarse los repositorios
institucionales.
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
V. CONCLUSIONES
El uso de un modelo de objetos educativos en el diseño de
sistemas de enseñanza virtual se está imponiendo tanto en las
D. Wiley. “The Instructional Use of Learning Objects”. URL con último
acceso el 10/02/2009. http://www.reusability.org/read/
A. Chiappe. “Definición de Learning Objects”, URL con último acceso
el 8/11/2007. http://andreschiappe.blogspot.com/2007/09/que-es-unobjeto-de-aprendizaje-what-is.html#links.
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[18] Ehlers, U-D., Carneiro, R. et al. “Entornos de aprendizaje personales”,
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[20] Stefaner, M. et al. “MACE – Enriching Architectural Learning Objects
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M. (eds.) EC-TEL 2007. LNCS 4753; Berlin, Heidelberg: Springer; pp.
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[21] Downes, S. “Design and Reusability of Learning Objects in an
Academic Context: A New Economy of Education?”, US Distance
Learning Association Journal, 17 (1), 3-22, 2003.
[22] Lagoze, C. et al. “The Open Archives Initiative Protocol for Metadata
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[23] Sauermann, L. et al. “The Semantic Desktop as a foundation for PIM
research”. In Proceedings of the Personal Information Management
Workshop, CHI 2008.
Miguel Latorre. Ingeniero Técnico Industrial,
especialidad Electrónica Industrial, por la UNED y
estudiante de Ciencias Físicas en la misma Universidad.
Colabora en temas de investigación y docencia con el
Departamento de Ingeniería Electrónica, y de Control de
la UNED.
Ha impartido charlas en seminarios y conferencias, así
como ha presentado artículos en congresos y revistas
especializadas.
Sergio Martín. Ingeniero Superior de Informática, Especialidad Aplicaciones
y Sistemas Distribuidos, por la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M).
Actualmente cursando estudios de doctorado en el área de Tecnología
Educativa del departamento de Ingeniería Eléctrica,
Electrónica y de Control (DIEEC) de la UNED. Ha
participado desde 2002 en proyectos de investigación
tanto nacionales como internacionales en dicho
departamento, relacionados con movilidad e inteligencia
ambiental, localización y redes inalámbricas, así como en
proyectos relacionados con "e-learning" y nuevas
tecnologías aplicadas a la enseñanza. Así mismo, ha
publicado más de medio centenar de artículos en revistas
y conferencias tanto nacionales como internacionales. Es miembro de la
Sociedad de Educación de IEEE y Student Member del IEEE.
Elio San Cristóbal. Ingeniero Informático, especialidad
en Ingeniería del Software, por la Universidad Pontificia
de Salamanca (UPS) e Ingeniero Técnico en Informática
de Sistemas por la misma Universidad. Ha realizado los
estudios de doctorado en el Área de Tecnología
Electrónica en el Departamento de Ingeniería Eléctrica,
Electrónica y de Control de la ETSII de la UNED. Ha
trabajado para el Instituto Universitario de Educación a
Distancia de la UNED. Actualmente esta trabajando para
el Centro de Servicios Informáticos de la UNED. Ha colaborado en varias
publicaciones y libros: Seguridad en las Comunicaciones y en la Información,
Diseño y Desarrollo Multimedia Herramientas de Autor, Materiales para la
integración de adultos con discapacidades en el mercado laboral. Es miembro
de la Sociedad de Educación de IEEE y Student Member del IEEE.
43
Francisco
García-Sevilla.
Ingeniero
Industrial,
especialidad Electrónica y Automática, por la Escuela
Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) de la
Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED)
e Ingeniero Técnico Industrial, especialidad electricidad
con intensificación en máquinas eléctricas, por la
Escuela Universitaria Politécnica de Albacete de la
Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM).
Ha realizado los estudios de doctorado en el Área de Tecnología Electrónica
del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Control de la
ETSII de la UNED.
Actualmente es Titular de Escuela Universitaria en el área de Tecnología
Electrónica de la Escuela de Ingenieros Industriales de Albacete de la UCLM
y Subdirector de Convergencia Europea de dicha escuela. Ha sido secretario
del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Automática y
Comunicaciones de la UCLM. Participa en proyectos de investigación
nacionales y regionales y ha publicado diversos artículos en congresos y
revistas internacionales en temas de simulación de sistemas electrónicos y
biomédicos y b-Learning.
Eugenio López. Ingeniero Industrial y Diplomado en
Estudios Avanzados en la Universidad Nacional de
Educación a Distancia (UNED). Actualmente finalizando
su Tesis Doctoral en el área de Tecnología Educativa del
departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de
Control (DIEEC) de la UNED. Ha participado desde
2004 en proyectos de investigación y publicado en varias
revistas y congresos tanto nacionales como
internacionales en dicho departamento. Ha trabajado en empresas del sector
eléctrico y electrónico desde 2004, Siemens, Indra y actualmente es Director
Gerente en España y Portugal de Niedax Kleinhuis Iberica. Es miembro de la
Sociedad de Educación de IEEE y Student Member del IEEE.
Julio Pérez. Ingeniero Industrial por la Escuela Técnica
Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) de la
Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED)
especialidad Electricidad, intensificación Electrónica y
Automática e Ingeniero Técnico Industrial por la Escuela
Universi Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica
Industrial (EUITI) de León, especialidad Electrónica,
Regulación y Automatismos. Está en posesión del
Diploma de Estudios Avanzados de Doctorado
(Suficiencia Investigadora) en Sistemas de Ingeniería
Eléctrica, Electrónica y de Control por la Escuela Técnica Superior de
Ingenieros Industriales de la UNED.
Ha obtenido el Premio Extraordinario Fin de Carrera otorgado por el Consejo
Social de la UNED al mejor expediente académico de la promoción. Ha
obtenido el Premio a los mejores Materiales Didácticos en Ciencias
Experimentales del Consejo Social de la UNED en los años 1997 y 1999.
Actualmente es Director de Estrategia Tecnológica en Indra Sistemas. Ha sido
Gerente de Tecnología en Everis.
Es colaborador del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de
Control, ETSII de la UNED. Ha trabajado como Profesor de Informática
Aplicada en el C.E.A. de Burgos, y como Ingeniero de Mantenimiento y
control de los sistemas electrónicos, informáticos y de telecomunicación en
ENDESA. Es autor de numeros libros, artículos y material multimedia dentro
de sus líneas de investigación en revistas y congresos, así como ponente en
cursos y conferencias, tanto nacionales como internacionales.
Es miembro Associate del IEEE. Es Vice-Presidente de la Plataforma española
de Internet del Futuro (es.Internet). Representa a Indra en el Comité de
Innovación de la Asociación Española de Empresas de Consultoría.
ISSN 1932-8540 © IEEE
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
Adolfo Hilario. Ingeniero Industrial, especialidad
Electrónica y Automática, por la Universidad Nacional
de Educación a Distancia e Ingeniero Técnico Industrial
en Electrónica Industrial por la Universidad Politécnica
de Valencia. Se encuentra en posesión del Diploma de
Estudios Avanzados del programa de doctorado
Automática e Informática Industrial de la Universidad
Politécnica de Valencia.
Ha obtenido el Tercer Premio Nacional de Terminación
de Estudios de Ingeniería Técnica Industrial en 1991. Ha obtenido el Premio a
los mejores Materiales Didácticos en Ciencias Experimentales del Consejo
Social de la UNED en 1999
Actualmente es Profesor Titular de Escuela Universitaria en el Departamento
de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad Politécnica de
Valencia, Campus de Alcoy.
Ha formado parte del Departamento de I+D en el área de Regulación y
Control de Aguas de Alicante.
Es miembro del IEEE.
Santiago Acha. Ingeniero Industrial por la Escuela
Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UNED,
especialidad Electrónica y Automática e Ingeniero
Técnico en Electricidad por la Escuela Universitaria
Politécnica de
Valladolid, especialidad Electrónica Industrial. Ha
obtenido el Premio a los mejores Materiales Didácticos
en Ciencias
Experimentales del Consejo Social de la UNED en 1999.
Actualmente es Profesor Titular del departamento de Electricidad y
Electrónica en el C.I.F.P. Simón de Colonia de Burgos y Profesor Asociado en
el Área de Tecnología Electrónica en el Departamento de Ingeniería
Electromecánica de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de
Burgos.
Gabriel Díaz nació en Madrid, España. Es Licenciado y
Doctor en Ciencias Físicas por la UAM (Universidad
Autónoma de Madrid) desde 1983 y 1988
respectivamente. Ha trabajado durante 15 años para
diferentes compañías del mundo de las Tecnologías de la
Información, desde Digital Equipment Corporation hasta
ADSO, su propia compañía. Desde 2006 es Profesor en el
Departamento de Ingeniería Eléctrica Electrónica y de
Control de la UNED (Universidad Nacional de Educación
a Distancia). Actualmente sus actividades investigadoras están ligadas a la
Seguridad Informática en sistemas de procesos de control, gestión de servicios
TI y varias aproximaciones diferentes a los usos de las TIC para la mejora de
la formación superior en las universidades.
Manuel Castro. Doctor Ingeniero Industrial por la
Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales
(ETSII) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) e
Ingeniero
Industrial,
especialidad
Electricidad,
intensificación Electrónica y Automática, por la misma
Escuela. Ha obtenido el Premio Extraordinario de
Doctorado de la UPM así como el Premio Viesgo 1988 a
la Tesis Doctoral por la aportación a la Investigación
Científica sobre Aplicaciones de la Electricidad en los
Procesos Industriales. Ha obtenido el Premio a los mejores Materiales
Didácticos en Ciencias Experimentales del Consejo Social de la UNED en los
años 1997 y 1999. Ha recibido el premio a la "Innovative Excellence in
Teaching, Learning & Technology" del "Center for the Advancement of
Teaching and Learning" del año 2001. Actualmente es Catedrático de
Universidad del área de Tecnología Electrónica en el Departamento de
Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Control, ETSII de la UNED y Director
del Departamento. Ha sido Vicerrector de Nuevas Tecnologías de la UNED,
así como Subdirector de Investigación, y Subdirector de Gestión Académica
de la ETSII de la UNED y Director del Centro de Servicios Informáticos de la
UNED. Participa en numerosos proyectos de investigación como investigador,
coordinador y director y publica en revistas y congresos, tanto nacionales e
internacionales. Publica igualmente libros y material investigación multimedia
dentro de sus líneas de investigación y docencia, así como realiza programas
de radio, televisión, etc. Ha trabajado cinco años como Ingeniero de Sistemas
en Digital Equipment Corporation. Pertenece al comité organizador de los
congresos internacionales y nacionales IEEE FIE, CIES-ISES, TAEE y
SAAEI, así como es revisor y presidente de mesa. Es miembro Fellow del
IEEE, miembro del Administration Committee (AdCOM) de la Sociedad de
Educación del IEEE y Fundador y Pasado-Presidente del Capítulo Español de
la Sociedad de Educación del IEEE. Es Vice-Presidente del Consejo de
Dirección de ISES España.
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
45
Curso de Programación de Sistemas Embebidos
con Statecharts
Mariano Barrón Ruiz
Title—Course of Programming Embedded Systems with
StateCharts.
Abstract— Statecharts is a visual formalism for specifying
behavior of complex systems. This document details the method
for designing embedded systems with statecharts, used in the
course of Development with Microcontrollers of the degree of
Electronic Engineering. The article includes an example of
simple design with statecharts and describes the organization,
content, methodology and tools used in our University.
Index Terms— Engineering education, Finite state machines,
Microcontrollers, Statecharts, UML.
I. INTRODUCCIÓN
U
N sistema de control recibe en sus entradas una serie de
estímulos del proceso a controlar y produce acciones en
sus salidas que afectan adecuadamente al mismo proceso. Si
los valores actuales de las entradas son suficientes para
determinar los valores de las salidas, estamos ante un sistema
transformacional o sistema que transforma unos valores de
entrada en otros valores de salida; sin embargo, la mayor parte
de los sistemas de control no son de naturaleza
transformacional sino reactiva [1], [2]. El término reactivo se
aplica a sistemas que están en continua interacción con su
entorno, que responden a los estímulos externos cuando estos
se producen y cuyo comportamiento viene determinado por el
orden de llegada de los mismos. Constituyen ejemplos de
sistemas reactivos: los cajeros automáticos, los sistemas de
reservas de vuelos, los sistemas embebidos en aviones y
automóviles, los sistemas de telecomunicaciones, los sistemas
de control, etc.
En la mayoría de las aplicaciones de control, el cálculo de
los valores de las salidas requiere el conocimiento de los
valores actuales de las entradas y también el de algunas
secuencias de cambios producidos en las entradas, es decir, el
conocimiento del presente y de parte del pasado o historia del
sistema. Para almacenar la historia de un sistema se utiliza el
concepto de estado, y a la parte del sistema de control
responsable del comportamiento del mismo se le denomina
máquina de estados. Existen varios métodos para describir el
Mariano Barrón, Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática,
Universidad del País Vasco, 20600 Eibar (Guipúzcoa), España, (Teléfono: 34943033035, e-mail: [email protected]).
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
comportamiento de sistemas complejos, los más conocidos
son las máquinas de estados finitos, las redes de Petri y los
Statecharts y todos ellos utilizan el concepto de estado para
describir la situación actual del sistema [3].
No se debe confundir las máquinas de estados con los
diagramas de flujo o flowcharts, que fueron introducidos para
describir el flujo de los programas y/o secuencias de
actividades condicionales. Cuando se utilizan los flowcharts
como elementos de programación, el pasado de las entradas se
almacena en flags, o se detallan todos los flujos de control
imaginables, debido a que los flowcharts ignoran el concepto
de estado. Un flowchart es una herramienta útil para explicar
conceptos a otras personas, para documentar programas e
incluso para crear pequeñas aplicaciones de sistemas
transformacionales, pero en general no son apropiados para
describir el comportamiento de sistemas reactivos. A pesar de
la limitación apuntada, en la actualidad existe una amplia
oferta de software de programación gráfica con flowcharts,
dirigida principalmente a programadores con poca
experiencia. Varios de estos programas permiten la simulación
y generan código fuente para microcontroladores PIC en
lenguaje ensamblador: Niple [4], CoreChart [5], o en Basic:
Picaxe [6]. Quizás el software de este tipo más completo y
elaborado sea Flowcode [7], pues soporta actualmente a las
familias de micro-controladores PIC, AVR y ARM, permite
simular los programas, genera código C o ensamblador y está
disponible en más de 20 idiomas.
Una máquina de estados es un modelo computacional,
basado en la teoría de autómatas, que se utiliza para describir
sistemas cuyo comportamiento es función de los eventos
actuales y de los eventos que ocurrieron en el pasado. En cada
instante de tiempo la máquina se encuentra en un estado, y
dependiendo de las entradas, actuales y pasadas, que
provienen del ambiente, la máquina cambia, o no, de estado
pudiendo realizar acciones que a su vez influyen en el
ambiente.
Las máquinas de estados finitos permiten expresar las
especificaciones de forma clara y sin ambigüedades,
facilitando la detección temprana de algunas clases de errores
y omisiones, razones por las cuales la International
Electrotechnical Commision, en su estándar IEC 61508,
recomienda de forma explícita su empleo como un método de
diseño apropiado para lograr niveles de seguridad SIL3
(Safety Integrity Level 3) y superiores en sistemas conducidos
por eventos.
ISSN 1932-8540 © IEEE
46
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
Las máquinas de estados tradicionales son una excelente
herramienta de diseño, pero su utilidad disminuye cuando se
aplica a problemas de elevada complejidad. En 1987 David
Harel [8], [9] propuso una amplia extensión al formalismo
convencional de las máquinas y diagramas de estados a la que
denominó statecharts. El término, según palabras de su autor,
fue elegido por ser una combinación no utilizada de las
palabras flow o state con diagram o chart. El objetivo
principal del nuevo formalismo visual era, y lo sigue siendo,
modelizar o permitir la descripción de sistemas reactivos cuyo
comportamiento puede llegar a ser tan complejo como para
que la plasmación de sus especificaciones resulte muy difícil y
propensa a errores.
Los statecharts extienden los diagramas de transición de
estados convencionales con tres elementos principales:
jerarquía, concurrencia y comunicación. El uso de jerarquías
permite tratar los sistemas con diferentes niveles de detalle; la
concurrencia, también llamada ortogonalidad y paralelismo,
posibilita la existencia de tareas independientes entre si o con
escasa relación entre ellas, y la comunicación hace viable que
varias tareas reaccionen ante un mismo evento o envíen
mensajes hacia otras tareas.
Los statecharts de David Harel se han popularizado
considerablemente desde que una variante de los mismos se ha
convertido en uno de los diagramas utilizados por UML
(Unified Modeling Language) [10], para describir el
comportamiento de sistemas o de modelos abstractos. UML
considera los diagramas gráficos como vistas o
representaciones parciales del modelo de un objeto; los
diagramas de UML representan tres vistas distintas del
modelo: la vista de sus necesidades funcionales, la vista de su
estructura y la vista de su comportamiento. La versión 2.0 de
UML contempla el uso de hasta 13 tipos de diagramas que
enfatizan la estructura, el comportamiento y la interacción
entre las partes de un sistema.
II. HERRAMIENTAS UML STATECHART PARA EL DISEÑO DE
SISTEMAS EMBEBIDOS
Aunque es posible modelizar sistemas reactivos sin la
ayuda de herramientas CASE, tal como propone el autor Miro
Samek [11], lo cierto es que estas herramientas facilitan el
trabajo y aportan otros aspectos importantes como: sus
cómodos interfaces gráficos; la posibilidad de disponer
rápidamente de un modelo claro y ejecutable que permita la
simulación temprana del comportamiento del sistema; la
verificación funcional del modelo; la generación automática
de código fuente; la generación automática de documentación;
el seguimiento del grado de cumplimiento de las
especificaciones, etc.
Son numerosas las herramientas comerciales [12], [13], [14]
disponibles tales como Rational Rose o Telelogic Rhapsody,
así como las herramientas libres o incluso herramientas open
source como IntelliWizard [15].
Una herramienta comercial especialmente adaptada al
diseño de estos sistemas es visualSTATE [16] de la compañía
sueca IAR Systems dedicada a la creación de software para
desarrollo de sistemas embebidos que soporta diferentes
familias de microcontroladores.
Aunque visualSTATE no es una herramienta UML, ya que
sólo contempla el uso de los diagramas statecharts, es la
herramienta seleccionada por nosotros para introducir los
statecharts en el diseño de sistemas embebidos. Las razones
que justifican su elección son: su sencillez de uso, su
eficiencia y la disponibilidad de una versión demo con toda la
funcionalidad de la versión comercial, pero limitada a 20
estados, que resultan suficientes para su utilización con fines
docentes. La sencillez de uso se debe a que no exige aprender
los 13 diagramas soportados por UML 2.0 sino que basta con
aprender un solo diagrama, el de los statecharts. La eficiencia
se debe a la capacidad de visualSTATE para generar código
muy compacto, de tamaño considerablemente menor que el
generado por otras herramientas UML.
El código generado por visualSTATE es tan compacto que
sistemas de baja y mediana complejidad pueden alojarse
perfectamente en microcontroladores de 8 bits provistos de tan
solo 2 Kbytes de memoria de código. En el lado negativo
debemos anotar, entre otros aspectos, que la herramienta no
soporte la fase de análisis, que no proporcione diagramas
estructurales, que no permita modelizar sistemas de tiempo
real y que tampoco incluya un seguimiento de las
especificaciones de los sistemas.
III. CARACTERÍSTICAS DE IAR VISUALSTATE
IAR visualSTATE es un entorno gráfico para diseño,
verificación e implementación de sistemas embebidos basados
en máquinas de estados jerárquicas o statecharts. Entre sus
características destacan:
Un entorno de desarrollo integrado que incluye un editor
gráfico, herramientas de verificación y simulación, un
generador automático de código C y/o C++, y un
generador automático de documentación.
Diseño gráfico de máquinas de estados jerárquicas basado
en el subconjunto UML-Statechart.
Verificación formal o matemática del modelo para hallar
propiedades no deseadas del diseño tales como: estados
sin salida, estados inalcanzables, etc.
Herramienta de simulación o validación que permite,
desde las primeras etapas del diseño, verificar que la
aplicación se comporta de la forma deseada.
Generador automático de código C/C++. IAR
visualSTATE puede generar código en dos formatos:
código legible por humanos o código en formato tabla. El
código legible por humanos no es tan compacto como el
código en formato tabla, pero éste último requiere un
pequeño motor de ejecución; en ambos formatos el
código generado es conforme al 100% con el modelo
validado.
Generador automático de documentación en formato RTF
o HTML.
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BARRÓN RUÍZ: CURSO DE PROGRAMACIÓN DE SISTEMAS EMBEBIDOS CON STATECHARTS
IV. VENTAJAS DEL DISEÑO DIRIGIDO POR MODELOS
Los statecharts permiten construir modelos gráficos que
describen con precisión el comportamiento de un sistema. Los
modelos creados no tienen ninguna relación con el lenguaje de
programación que vaya a utilizarse en el desarrollo de la
aplicación, sin embargo, sí tienen una relación muy estrecha
con el funcionamiento deseado de la aplicación. Esta relación
facilita la comunicación y el intercambio de ideas entre el
cliente y el equipo de desarrollo del sistema, con
independencia del tipo de formación que posean los miembros
del equipo. Un modelo permite simular y visualizar la
aplicación desde las primeras etapas del diseño sin necesidad
de construir un prototipo hardware; esta característica facilita
la eliminación de errores desde el principio. Los
programadores deben de cambiar la forma tradicional en la
que abordan la tarea de desarrollo de software trasladando su
forma de pensar al dominio de la aplicación y liberándose de
las limitaciones impuestas por el lenguaje de programación
utilizado. Si la herramienta de modelado dispone de
generadores automáticos de código y de documentación los
beneficios son aún mayores, ya que los cambios que se
realizan y simulan en el modelo se trasladan automáticamente
al código y a la documentación, por lo que la propia
herramienta se encarga de mantener en todo momento el
sincronismo entre el modelo, el código y la documentación. El
hecho de disponer siempre de la documentación actualizada es
de un aspecto de enorme importancia para el mantenimiento
de las aplicaciones.
5.
47
Para indicar el modo de trabajo el horno dispondrá de
tres leds: H, G y H+G
B. Primer paso: Identificar los Eventos y las Acciones
Los eventos representan la influencia del ambiente sobre el
sistema y serán las entradas a la máquina de estados. En
nuestro ejemplo los eventos se muestran en la Tabla I.
TABLA I
EVENTOS DEL HORNO MICROONDAS
Nombre del Evento:
Producido cuando el usuario:
eModo
eStartStop
ePuertaAbrir
ePuertaCerrar
Pulsa el botón Modo
Pulsa el botón Start/Stop
Abre la puerta del horno
Cierra la puerta del horno
Las acciones representan la influencia del sistema sobre el
ambiente y serán las salidas de la máquina de estados. Las
acciones se realizan mediante llamadas a funciones escritas en
lenguaje C cuyos nombres aparecen en la Tabla II.
TABLA II
ACCIONES DEL HORNO MICROONDAS
Nombre de la Acción:
Trabajo realizado por la acción
aLuzOn(void)
aLuzOff(void)
aLED(unsigned char c)
Enciende la luz interior del horno
Apaga la luz interior del horno
Enciende el led H si c=1, el led G si c=2, o
el led H+G si c =3
Enciende el Horno si c=1, el Grill si c=2, o
el Horno y Grill c =3. Apaga Horno y Grill
si c=0
aEnciende(unsigned char c)
V. EJEMPLO DE DISEÑO CON STATECHARTS
En este apartado se describe uno de los primeros ejemplos
utilizados en clase para introducir el diseño de sistemas
embebidos mediante statecharts. El ejemplo ilustra algunos
elementos importantes de los statecharts, aunque no todos, y
muestra la nueva metodología de diseño que, partiendo de las
especificaciones, termina generando el firmware para el
microcontrolador utilizado.
A. Especificaciones del Sistema
Se trata de diseñar el controlador de un sencillo horno
microondas provisto de grill, una luz interior, dos pulsadores:
Start/Stop y Modo, y un conmutador para monitorizar el
estado de la puerta abierta/cerrada. Las especificaciones son
las siguientes:
1. La luz interior deberá encenderse cuando se abra la
puerta y cuando esté trabajando el horno o el grill.
2. Un botón Start/Stop servirá para conmutar entre los
modos de reposo y de funcionamiento.
3. Al abrir la puerta, el horno deberá dejar de funcionar.
Cuando se cierre la puerta el horno deberá regresar al
modo de trabajo o reposo en que se encontrara
anteriormente.
4. El horno dispondrá de un segundo botón Modo para
seleccionar el modo de trabajo. Por cada pulsación de
este botón, el modo de trabajo cambiará cíclicamente
entre: Horno, Grill y Horno + Grill.
C. Segundo paso: Identificar los Estados
Un estado es una condición o situación durante la vida de un
objeto en la que se satisface alguna condición, se realiza
alguna actividad, o se espera algún evento.
Los estados pueden identificarse a partir de las
especificaciones y del conocimiento del problema. En este
Figura 1. Estados de un horno microondas. La puerta puede estar abierta o
cerrada, el horno puede estar cocinando o esperando para cocinar y el modo
de trabajo puede ser: solo Horno, solo Grill y Horno + Grill.
ejemplo de diseño, los estados, que se representan por
rectángulos con los bordes redondeados, pueden ser los de la
figura 1: la puerta puede estar Abierta o Cerrada, el horno
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
puede estar Cocinando o Esperando y el modo de trabajo
puede ser Horno, Grill y Horno_y_Grill.
D. Tercer paso: Agrupar por jerarquías
En este paso se trata de determinar los estados que tienen
un comportamiento dinámico propio y los estados que sólo
pueden estar activos en ciertas situaciones.
Figura 2. Agrupamiento de los estados de un horno microondas. Las
situaciones de Horno Esperando para cocinar y Horno Cocinando sólo tienen
sentido cuando la puerta del horno está cerrada.
En el ejemplo del horno microondas, se debe poder
cambiar el modo de funcionamiento independientemente de
que el horno esté con la puerta cerrada y cocinando, con la
puerta cerrada y esperando para cocinar, o parado con la
puerta abierta; este modo de operación sugiere el uso de dos
máquinas concurrentes o paralelas. La concurrencia se
representa por regiones separadas por una línea vertical
discontinua como muestra la figura 3.
F. Quinto paso: Añadir las transiciones y las acciones
Identificar las acciones a realizar y los cambios de estados
que se deben producir tras un evento. Las transiciones se
representan por flechas dirigidas desde el estado origen hacia
el estado destino. La figura 4 muestra la máquina de estados
resultante después de haber añadido las transiciones. El evento
eModo dispara la transición desde el estado Horno hacia el
estado Grill, desde el estado Grill hacia el estado
Horno_y_Grill, y desde éste último hacia el estado Horno. El
evento eStartStop dispara la transición desde el estado
Esperando hacia el estado Cocinando y desde el estado
Cocinando hacia el estado Esperando.
El agrupamiento de estados de la figura 2 indica que las
situaciones HornoCocinando y HornoEsperando sólo tienen
sentido si la puerta del horno está cerrada. El estado
PuertaCerrada es un estado compuesto (a veces llamado
superestado) que tiene dos estados hijo: Esperando y
Cocinando. Cuando el horno se encuentre con la puerta
cerrada, la máquina podrá estar en uno de los dos estados hijo
pero no en ambos a la vez.
E. Cuarto paso: Agrupar por concurrencia
Examinar los estados que pueden estar activos a la vez y
organizar el modelo en varias máquinas de estados paralelas.
Figura 4. Statechart obtenido después de añadir las transiciones. Las líneas
que comienzan con las palabras Entry y Exit, dentro de los estados simples,
con fondo Amarillo, son reacciones internas que se ejecutan
automáticamente al entrar al estado o al salir del estado.
Figura 3. Organización del Microondas en dos máquinas de estados
paralelas. La figura indica que se puede cambiar el modo de funcionamiento
aunque el horno esté cocinando, esperando para cocinar, o parado con la
puerta abierta.
El evento ePuertaAbrir dispara la transición desde cualquier
estado hijo del estado compuesto PuertaCerrada (Esperando o
Cocinado) hacia el estado PuertaAbierta. El evento
ePuertaCerrar dispara la transición desde el estado
PuertaAbierta hacia el pseudo-estado historia superficial que
se muestra como un pequeño círculo con una H en su interior.
Un pseudo-estado representa un estado transitorio en el que
una máquina de estados no puede estar indefinidamente;
cuando la máquina alcanza un pseudo-estado se ejecuta de
forma automática la transición de salida de ese pseudo-estado.
La primera vez que se sale desde el pseudo-estado historia
superficial la transición se dirige hacia el estado Esperando,
sin embargo, las sucesivas transiciones de salida desde este
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pseudo-estado se dirigen hacia el estado hijo en el que se
encontraba el sistema antes de abandonar el estado padre
PuertaCerrada. Este comportamiento satisface la tercera
especificación: “Cuando se cierre la puerta, el horno deberá
regresar al modo de trabajo o reposo en que se encontrara
antes de abrir la puerta”.
En la figura 4 aparecen otros tres pseudo-estados
representados por un pequeño círculo sin nada en su interior;
se trata del pseudo-estado default, origen de la transición
inicial; así, al iniciar la máquina de estados se entra al estado
compuesto MicroOndas que está situado en el nivel jerárquico
más alto. Este estado compuesto contiene dos máquinas de
estados concurrentes, Horno y ModoDeFuncionamiento cuya
ejecución corre de forma paralela. Cada una de estas dos
máquinas debe arrancar en un estado conocido que viene
definido por cada transición inicial; de esta forma la máquina
Horno se inicia en el estado PuertaAbierta y la máquina
ModoDeFuncionamiento se inicia en el estado Horno.
Las reacciones Entry presentes en todos los estados con
fondo amarillo y la reacción Exit, presente sólo en el estado
Cocinando, son reacciones internas que se ejecutan
automáticamente al entrar (Entry) o al salir (Exit) al/del estado
correspondiente. Al entrar en el estado PuertaAbierta se
ejecuta la función de acción aLuzOn() asociada a la reacción
Entry, que enciende la luz interior del horno. Al salir del
estado Cocinando se ejecuta la función de acción
aEnciende(0) asociada a la reacción Exit. Esta función al ser
llamada con un parámetro de valor 0 apaga el Horno y el Grill
tal como quedó reflejado en la Tabla II.
La figura 5 muestra la señal de cambio de modo sCM, que
la máquina de estados ModoDeFuncionamiento envía hacia la
máquina Horno. Cada vez que el evento eModo dispara una
transición se entra en el estado Horno, Grill u Horno_y_Grill,
la reacción Entry de cada estado asigna el valor 1, 2 o 3 a la
variable interna viModo; se enciende el LED cuyo número
coincide con el valor de la variable viModo y se genera la
señal sCM. La máquina Horno sólo es receptiva a la señal de
cambio de modo si se encuentra en el estado Cocinando; en
este caso la señal sCM dispara una reacción interna y llama a
la función aEnciende(viModo) que conectará el Horno, el
Grill, o ambos, dependiendo del valor de la variable viModo.
El statechart de la figura 5 contiene un modelo verificable
del horno microondas propuesto. Este modelo es todo lo que
se necesita para simular el sistema y comprobar si su
funcionamiento es conforme a las especificaciones. El
ejemplo descrito sirve para valorar la enorme capacidad
descriptiva de los statechart y el nivel de abstracción al que se
trabaja en los diseños dirigidos por modelos. Para generar el
firmware del microcontrolador además del modelo anterior se
necesitan las funciones de acción, el manejador de la cola de
eventos, la función main() y las funciones necesarias de la
biblioteca de visualSTATE. Todo este código adicional sólo
se escribe una vez y es casi idéntico (salvo las funciones de
acción) para cualquier sistema.
G. Sexto paso: Añadir las sincronizaciones
Las sincronizaciones son los mensajes internos que una
máquina de estados puede enviar a otra máquina. En
visualSTATE, los mensajes que una máquina envía hacia otra
máquina se llaman señales. Las señales, al igual que los
eventos, pueden disparar nuevas transiciones.
La creación del modelo de un sistema, por medio de
statecharts, permite validar el diseño de forma interactiva,
desde que comienza el proceso, hasta que se consideran
cubiertas satisfactoriamente todas las especificaciones del
sistema. Durante este proceso de diseño y validación no es
necesario generar código C, ni disponer de ningún hardware,
únicamente se necesita trabajar con las herramientas Designer
y Validator de visualSTATE. Una vez terminada la fase de
diseño y validación interactiva, debe seguirse un proceso de
verificación formal con objeto de comprobar, de forma
automática, la consistencia lógica del proyecto. La
verificación formal o matemática del modelo la realiza el
programa Verificator de visualSTATE; este programa
proporciona información sobre: elementos no utilizados,
elementos no activados, ambigüedades, idoneidad del tamaño
de la cola de señales, transiciones conflictivas, estados sin
salida, bloqueos del sistema, etc. Tras la fase de verificación
llega el momento de generar código C para programar el
microcontrolador. La parte más importante del código la
genera automáticamente la herramienta Coder de IAR
visualSTATE. El comportamiento del código generado es
idéntico al del modelo que se ha validado, pero no todo el
código que necesita la aplicación se genera de forma
automática, el diseñador también tiene que escribir a mano
una parte pequeña del mismo.
Para crear una aplicación con visualSTATE se necesita
código fuente de tres tipos:
Figura 5. Statechart completamente terminado. Las reacciones Entry de la
máquina de estados ModoDeFuncionamiento envían la señal sCM a la
máquina de estados Horno para que ésta encienda el Horno, el Grill o ambos
y sincronice su funcionamiento con el modo de trabajo seleccionado.
VI. CÓDIGO REQUERIDO POR UNA APLICACIÓN CREADA CON
VISUALSTATE
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1.
2.
3.
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
Código generado por el usuario
Código generado automáticamente por visualSTATE, y
La API (Application Programming Interface) de IAR
visualSTATE.
Figura 5. Las aplicaciones realizadas con visualSTATE requieren tres tipos
de código, el usuario tiene que escribir a mano una parte pequeña del mismo.
Dado que los dos últimos tipos de código los genera o
proporciona visualSTATE, el diseñador sólo tiene que escribir
manualmente el siguiente código:
Código para inicializar el hardware
Código para procesar los dispositivos de salida (funciones
de acción)
Código para procesar las entradas (generar los eventos y
manejar la cola de eventos)
La función main
IAR VisualSTATE proporciona ejemplos que contienen
código fuente para el manejo de la cola de eventos y el código
típico de la función main; el diseñador puede adaptar este
código de ejemplo y limitarse a escribir las funciones que
convierten los cambios de las entradas en eventos y las
funciones que actúan sobre las salidas del sistema, también
llamadas funciones de acción. En general las funciones
escritas por el usuario sólo se escriben una vez para cada
aplicación. La función main normalmente comienza con la
inicialización de los periféricos del microcontrolador, del
sistema visualSTATE y de la cola de eventos; posteriormente
la función entra en un bucle sin fin durante el cual examina la
cola de eventos y en el caso de que no se encuentre vacía,
extrae el primer evento almacenado, ejecuta las funciones de
acción asociadas al evento y dirige la máquina de estados
hacia el siguiente estado especificado en el statechart. El
procesado de los eventos se realiza respetando el orden en que
se han ido produciendo.
Una vez conseguido el funcionamiento deseado se puede
utilizar la herramienta Documenter de visualSTATE para
generar automáticamente un informe actualizado del proyecto.
El informe puede incluir información sobre: diseño,
validación, simulación, verificación, código generado e
implementación. Dentro de Documenter, el diseñador decide
el tipo de información que desea incluir en el informe así
como el formato de salida del mismo (RTF o HTML).
Después de finalizada la fase de diseño, a veces se requiere
modificar o añadir nuevas prestaciones al sistema; durante
esta fase de mantenimiento, los cambios y complementos se
realizan dentro de visualSTATE, trabajando con los
statecharts y siguiendo el mismo proceso que se ha descrito en
los apartados anteriores. Finalmente se termina generando
código de forma automática e integrándolo con el código
escrito manualmente por el diseñador.
El generador de código de visualSTATE ofrece dos
opciones: código en formato tabla o código legible por
humanos; la mejor opción dependerá de las exigencias de
velocidad de ejecución y de tamaño de código que imponga la
aplicación o de la necesidad de examinar el código generado a
efectos de homologación. El código en formato tabla es
prácticamente imposible de leer, pero resulta extremadamente
compacto; normalmente ocupa menos espacio que el código
escrito a mano; por otro lado, visualSTATE asegura que
cuando el código generado se ejecuta en un microcontrolador
su comportamiento es 100% consistente [17] con el
funcionamiento del modelo que se ha validado; nuestra
experiencia también confirma esa aseveración. La aplicación
"Calculadora Parlante" [18] puede servir como ejemplo
significativo del tamaño de código generado por
visualSTATE; se trata de una calculadora que opera con
números reales de simple precisión, realizando las cuatro
operaciones básicas, la raíz cuadrada y operaciones con
memoria; la calculadora informa de las operaciones y los
resultados por medio de un display LCD y generando voz a
través de un altavoz; la primera versión de la calculadora se
realizó con un microcontrolador de la familia 8051 y la
segunda versión con un AVR ATmega88 [19], en el caso del
ATmega88 el código generado ocupa 3696 words de memoria
de código (el 90,2% del tamaño de la flash del ATmega88) y
74 bytes de memoria de datos (el 7,2% del tamaño de la RAM
del microcontrolador). El código generado automáticamente
por visualSTATE nunca debe modificarse a mano; de esta
forma el diseño realizado con los statecharts se convierte en la
única representación explícita de la lógica de control, lo que
por otro lado garantiza el sincronismo entre el modelo, el
código y la documentación.
VII. DESARROLLO DE LA ASIGNATURA
La introducción a los statecharts para el diseño de sistemas
embebidos, es parte del contenido de la asignatura optativa
Desarrollos con Microcontroladores, ofertada a los
estudiantes de Ingeniería Técnica en Electrónica Industrial en
la Escuela Universitaria de Ingeniería de Eibar (Guipúzcoa);
se trata de una asignatura de 6 créditos que se imparte a lo
largo del segundo cuatrimestre. Los alumnos que eligen la
asignatura generalmente disponen de conocimientos básicos
de microcontroladores y de programación en lenguaje C,
además manejan con cierta soltura el programa de captura de
esquemas y simulación electrónica PROTEUS [20], [21].
La asignatura se desarrolla durante 15 semanas, a razón de
dos sesiones semanales de 2 horas, en el Laboratorio de
Microelectrónica, dotado de ordenadores en todos los puestos
de trabajo y de un proyector de imágenes para el PC del
profesor. Como elemento de apoyo a la docencia presencial se
utiliza la plataforma Moodle [22], donde se depositan los
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recursos didácticos, se recogen las tareas asignadas a los
alumnos, se muestran las calificaciones, y se dispone de un
foro para realizar labores de tutoría virtual.
Con periodicidad semanal o bisemanal, se enuncia una tarea
que los alumnos deben realizar en sus casas y subirla a la
plataforma Moodle, antes del comienzo de una clase de la
siguiente semana en la que se discutirán las soluciones
adoptadas; todas las tareas se califican, y se tienen en cuenta
para la nota final de la asignatura. Si como viene sucediendo
en los últimos años, el número de alumnos es reducido y se
consigue implicar al grupo en las tareas semanales, al final del
cuatrimestre los alumnos han aprendido la materia gracias a su
esfuerzo y el profesor dispone de unas 10 calificaciones de
cada alumno que normalmente les exime del examen final.
El proceso seguido en las clases es: comentario crítico a la
tarea encargada la semana anterior, exposición de un tema con
la ayuda de una presentación en PowerPoint y el apoyo de la
pizarra, uno o dos ejercicios prácticos de diseño realizados en
el PC y la descripción de la siguiente tarea a realizar.
El objetivo de la asignatura es desarrollar el hardware y el
software de sistemas prácticos basados en microcontrolador,
por ello el trabajo a realizar durante los ejercicios prácticos y
en las tareas, consiste en: capturar el hardware de los sistemas
en un esquema, crear el firmware utilizando un entorno de
desarrollo en lenguaje C y depurar el software hasta conseguir
que el sistema cumpla las especificaciones. El funcionamiento
del sistema se verifica con la ayuda de un simulador. El
microcontrolador seleccionado para las prácticas es el AVR
ATmega16 de Atmel [23], elegido por sus prestaciones, por la
cantidad de periféricos que incorpora y porque el software de
simulación utilizado es capaz de simular el microcontrolador y
todos sus periféricos, lo que agiliza la realización de trabajos
en clase y en casa.
A. Herramientas Software Utilizadas
Todas las herramientas utilizadas en la asignatura pueden
obtenerse gratuitamente, salvo el software PROTEUS, para el
cual se dispone de licencias. Algunas de las herramientas son
versiones demo de software profesional que resultan
suficientes para su uso en un entorno escolar. El listado
completo de las herramientas es el siguiente:
IAR visualSTATE 20-state evaluation edition [16]
Proteus 7 Professional [20], para captura de esquemas,
simulación y ruteado
AVR Studio 4 [23], Entorno integrado de desarrollo
profesional, para escritura y depuración de aplicaciones
con microcontroladores AVR
CodeVisionAVR Evaluation [24], Entorno integrado de
desarrollo, compilador ANSI C, generador automático de
código para la inicialización de periféricos y programador
ISP para la familia de microcontroladores AVR de Atmel.
B. Documentos básicos
Los principales documentos utilizados en el curso son:
Hoja de datos del microcontrolador ATmega16
Set de instrucciones de la familia de microcontroladores

51
de 8-bits AVR
Manual de usuario del compilador CodeVisionAVR
C. Contenido del curso
El curso se estructura en 12 temas:
1. Lenguaje C adaptado a los microcontroladores AVR
2. Arquitectura y características generales de la familia de
microcontroladores de 8-bits AVR
3. Los puertos de I/O
4. Las interrupciones del ATmega16
5. Los timers&counters del ATmega16
6. Programación de visualizadores LCD alfanuméricos
7. Exploración de conmutadores y teclados. Supresión de
rebotes
8. Comunicación serie RS-232, RS-485, SPI e I2C
9. El comparador analógico y el ADC del ATmega16
10. Fuentes de reset en el ATmega16. Watchdog
11. Consumo de energía. Modos SLEEP
12. Diseños con statecharts
A lo largo del cuatrimestre se realizan, entre trabajos en
clase y tareas para casa, más de 20 ejercicios completos de
diseño (hard+soft). Solo el estudio de todos los periféricos del
AVR y la realización de los ejercicios que utilizan esos
periféricos, exigiría más de un cuatrimestre, en caso de no
disponer de herramientas de diseño de alta productividad. En
este sentido cabe destacar la aportación realizada por la
herramienta CodeWizardAVR de CodeVisionAVR; se trata de
un asistente para la configuración de periféricos, capaz de
crear código C para la inicialización de todos los periféricos
de la familia de microcontroladores AVR, que ahorra mucho
tiempo de diseño y de depuración. También en el mismo
sentido, debemos destacar la ayuda prestada por el software de
simulación PROTEUS, capaz de realizar simulación digital,
analógica y mixta, simular PLDs simples, como la
PAL22V10, partiendo de un un fichero JEDEC por cada PLD;
simular microcontroladores con todos sus periféricos internos
y todos los dispositivos externos, usando el código ejecutable
creado por un compilador o un ensamblador. La simulación
puede generar gráficos y permite la interacción del usuario
con el hardware simulado en tiempo real; cuando el usuario
hace clic con el ratón en un teclado simulado, las acciones que
se observan son casi las mismas que las del hardware real. Si
se trabajase con hardware real, en lugar de hacerlo con un
simulador, no sería posible realizar ni una cuarta parte de los
ejercicios del curso.
Pese a la ayuda aportada por todas estas herramientas, la
asimilación de los contenidos del curso requiere más tiempo
que el disponible; esta limitación temporal impide tratar el
último tema con la amplitud e intensidad deseable. Para
enseñar las capacidades más interesantes de los statecharts se
tiene que recurrir a mostar realizaciones más complejas
elaboradas por el profesor, en detrimento de actividades que
deberían realizar los alumnos.
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
VIII. CONCLUSIONES
La complejidad de software actual y la demanda de ciclos
de desarrollo cada vez más cortos, exige la utilización de
herramientas de diseño de elevada productividad tales como:
lenguajes de alto nivel, asistentes o bibliotecas para la
inicialización de periféricos, statecharts, sistemas de
generación automática de código, middleware, etc.
Los statecharts están situados en un nivel de abstracción
superior al de los lenguajes de programación, con lo que se
consigue trasladar diseño al dominio de la aplicación. Son
elementos gráficos provistos de una enorme capacidad
descriptiva, son más fáciles de interpretar que los listados de
código,
resultan
muy
adecuados
para
describir
comportamientos complejos y simplifican el intercambio de
ideas con personas ajenas o no al proyecto. El proceso de
desarrollo de sistemas reactivos con statecharts, expuesto en
los apartados anteriores, proporciona una eficaz metodología
de diseño para programadores cualquiera que sea su nivel de
experiencia. Los statecharts pueden integrarse con RTOS,
aunque en muchas aplicaciones pueden reemplazarlos con
ventaja, ya que exigen menos código, soportan el paralelismo,
permiten la simulación gráfica sin necesidad de compilar ni de
disponer de un sistema físico, los errores se detectan con
rapidez durante la fase de diseño-validación y vienen
acompañados por herramientas de verificación formal,
generación automática de código y generación automática de
documentación que facilitan notablemente la tarea de los
programadores.
REFERENCIAS
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CodeVisionAVR Home page. http://www.hpinfotech.ro (12/02/2009)
Mariano Barrón Ruiz nació en San Vicente de la
Sonsierra (La Rioja) en 1953. Se licenció en
Ciencias Físicas en la Universidad de Valladolid en
1975. Desde el año 1976 es profesor en la Escuela de
Ingeniería de Eibar y forma parte del Departamento
de Ingeniería de Sistemas y Auto-mática de la
Universidad del País Vasco (UPV-EHU). Ha
diseñado numerosos equipos destinados a la
docencia práctica de los microcontroladores y la
electrónica. Sus áreas de interés más importantes
son: instrumentación virtual, laboratorios remotos,
desarrollos electrónicos y uso pedagógico de las nuevas tecnologías.
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
53
El aprendizaje activo mediante la
autoevaluación utilizando un laboratorio virtual
Pilar Fernández Sánchez, Angel Salaverría Garnacho, Jacinto González Dacosta y Enrique Mandado
Pérez, miembro, IEEE
Title— Active learning through self-assessment using a virtual
laboratory.
Abstract— This paper describes an interactive assessment tool
that may be used by the students after reading the theoretical
lessons and before going to the laboratory. It combines a virtual
laboratory and an assessment method to achieve a self-learning
system. The virtual laboratory is made up of a set of virtual
experiments with a user-friendly graphic interface and
interactive simulated electronic instruments relating practical
and theoretical concepts. The tool matches the constructivist
theory and does not directly answer the questions but uses the
virtual laboratory to present the solution to the student. Using
this tool the student learns from his mistakes.
Index Terms— Virtual laboratory, computer aided education,
self-assessment, learning system.
I. INTRODUCCIÓN
E
L gran desarrollo experimentado por las Tecnologías de
la Información y Comunicaciones (en adelante TIC) en las
dos últimas décadas, abre nuevas vías de investigación
aplicada y desarrollo tecnológico que den como resultado la
obtención de herramientas basadas en computador que puedan
ser utilizadas para elevar el rendimiento del proceso
educativo, elevar la capacidad de autoaprendizaje del
estudiante, facilitar la autoevaluación de sus conocimientos y
evaluar también el proceso enseñanza/aprendizaje en el que
están inmersos tanto el alumno como el profesor. Por otro
lado los cambios sociales ligados a la globalización, como por
ejemplo el Espacio Europeo de Educación Superior (EEES),
P. Fernández-Sánchez, Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad del País Vasco, 20018 San Sebastián, Instituto de
Electrónica Aplicada de la Universidad de Vigo, España (e-mail:
[email protected]).
A. Salaverría, Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones de la
Universidad del País Vasco, 20018 San Sebastián, Instituto de Electrónica
Aplicada
de
la
Universidad
de
Vigo,
España
(e-mail:
[email protected]).
J. González Dacosta, Departamento de Informática (Área de Leng. y Sist.
Informáticos) e Instituto de Electrónica Aplicada, Universidad de Vigo,
36210 Vigo, España (e-mail: [email protected]).
E. Mandado, Departamento de Tecnología Electrónica e Instituto de
Electrónica Aplicada, Universidad de Vigo, 36210 Vigo, España (e-mail:
[email protected]).
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
crean un entorno propicio para el desarrollo de nuevas formas
de llevar a cabo el proceso de enseñanza y aprendizaje.
Un área del conocimiento humano en la que el proceso
educativo muestra en la actualidad grandes carencias es la
relativa a las Tecnologías Complejas que son aquellas que,
como por ejemplo la Electrónica, poseen un conjunto de
conceptos interrelacionados que dan lugar a sistemas difíciles
de aprender[1], [2]. Debido a ello, en el aprendizaje de las
Tecnologías Complejas, surge un conjunto de problemas entre
los que destacan la carencia de metodologías pedagógicas
eficaces, la falta de atractivo de los recursos que se ponen a
disposición del estudiante, que está acostumbrado a los retos
de los videojuegos, y la falta de adaptación de dichos recursos
a la diversidad y al nivel de conocimiento de los estudiantes.
Habitualmente, la autoevaluación en entornos virtuales de
aprendizaje se realiza mediante cuestionarios formados por
un conjunto de preguntas de opción múltiple o verdadero/falso
[3], [4]. Si bien dicho método es válido en algunas ocasiones,
en general el alumno no obtiene una visión práctica a partir de
sus repuestas. Un método ideal, en el terreno de la ingeniería
que nos ocupa, sería que, después de responder a cada una de
las preguntas formuladas, el alumno fuese al laboratorio para
realizar el montaje práctico del circuito motivo de la pregunta
y comprobase la validez de su respuesta. Pero este proceso
exige mucho tiempo y medios y además, si el alumno
descubre en el laboratorio que su respuesta es incorrecta, tiene
que buscar entre un cúmulo de papeles y apuntes la razón de
su fallo. Es en este punto en el que las actuales Tecnologías de
la Información proporcionan la posibilidad de desarrollar
nuevas herramientas que ayuden a superar las dificultades
indicadas.
En este artículo se describe un sistema de autoevaluación,
llamado SIPAE (Sistema Integrado para aprendizaje y
Evaluación) que combina un conjunto de cuestionarios con
experimentos virtuales interactivos. El laboratorio virtual, que
forma el conjunto de experimentos, muestra al alumno el
circuito práctico bajo análisis e incluso lo genera de acuerdo
con su respuesta, y le da la oportunidad de experimentar con
él como si se encontrase en el laboratorio real. El alumno
aprende y es consciente de sus errores ya que los experimenta
con sus propias respuestas. De esta forma, tomando en
consideración la reflexión del alumno sobre sus propios
errores, se va más allá de una simple evaluación formativa y
se obtiene una evaluación formadora [5].
ISSN 1932-8540 © IEEE
54
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
El alumno al que va destinado este sistema estudia
Tecnología Electrónica en una carrera de ingeniería. Los
dispositivos electrónicos son los elementos básicos de los
sistemas electrónicos y la comprensión y memorización de su
comportamiento en la memoria de larga duración es muy
importante, especialmente para los ingenieros de la
especialidad de Electrónica [6]. De ahí el interés de los
laboratorios virtuales como herramienta de autoaprendizaje y
autoevaluación de los citados dispositivos. Con este sistema,
el alumno es protagonista de su propio proceso de aprendizaje
porque no sólo estudia la teoría y los problemas de la
asignatura en cuestión sino que, además, se autoevalúa
experimentando en el laboratorio virtual y puede decidir,
mediante los resultados de la autoevaluación, si vuelve o no a
iniciar el proceso. Finalmente el alumno acude al laboratorio
real con la seguridad y la motivación que necesita.
II. CONSTRUCTIVISMO PARA EL APRENDIZAJE DE LAS
TECNOLOGÍAS COMPLEJAS
En estos últimos años estamos asistiendo a una falta de
motivación en el alumnado que trae consigo, entre otros
problemas, altas tasas de abandono o carreras que se alargan
más de lo aconsejable en el tiempo. Según el estudio “La
universidad española en cifras 2008”, de la Conferencia de
Rectores de las Universidades Españolas (CRUE), la duración
de los estudios universitarios “se sitúa en torno a 5 años para
tres cursos académicos” [7]. Lógicamente es el alumno es el
que sufre las consecuencias inmediatas, especialmente en la
universidad pública, pero es la sociedad la que asume el coste
económico. Por todo ello es necesario ensayar con otros
recursos de aprendizaje más motivadores que estimulen en el
alumno las ganas de aprender.
En la actualidad se está haciendo un gran esfuerzo por parte
del profesorado, tanto en docencia como en investigación y
por las instituciones en la utilización de las TIC, para
conectar con el mundo del estudiante acostumbrado a
comunicarse con redes sociales. La “Association for
Educational Communi-cations and Technology (AECT)” tiene
un espacio virtual en Second Life (mundo virtual lanzado en
el año 2003), desarrollado por Linden Lab, que ha tenido una
atención internacional creciente desde el año 2006, En dicho
espacio es posible la simulación en contextos de aprendizaje
específicos y la realización de encuentros en los que los
profesores exponen de forma virtual sus experiencias como si
de un congreso se tratara [8].
De acuerdo con la forma en que se relacionan actualmente
los alumnos, parece obvio decir que las plataformas
educativas son una buena solución. Pero a pesar de los años
de su funcionamiento y de que verdaderamente son una forma
fácil de preparar cursos o asignaturas con contenidos
interactivos, aún se utilizan la mayoría de las veces en la
actualidad, como percheros de apuntes de clase, para que de
forma ordenada el alumno tenga los documentos que antes
recogía en el servicio de reprografía. Es cierto que cada vez se
utilizan más y, que con planes de formación del profesorado,
los contenidos son más atractivos. Hay que señalar, también,
la dificultad para que los contenidos, es decir los objetos de
aprendizaje, sigan una normativa que los haga fácilmente
reutilizables y hay que tener en cuenta el coste económico que
supone mantener permanentemente formado al profesorado en
tecnologías en constante evolución.
Es en este contexto en el que diversos expertos en
educación, algunos de los cuales son además de profesores de
ingeniería y diseñadores de sistemas en diferentes áreas de la
Tecnología, preocupados por la calidad de la enseñanza de la
misma han puesto en evidencia que la utilización de las TIC
proporciona, entre otras, las siguientes ventajas comparativas:
• Contribuye a que la formación de los tecnólogos se pueda
hacer yendo de lo particular a lo general lo cual es de
gran importancia [9].
• Facilita la implantación de métodos educativos eficaces
que deben basarse en la elección de los bloques
adecuados y su presentación en la secuencia correcta [10].
• Puede contribuir a la implantación de un enfoque
constructivista del proceso educativo que facilita el
autoaprendizaje [11].
• Puede contribuir a que la enseñanza se centre en el
alumno mejorando su nivel de participación, lo que se
considera muy importante para elevar la calidad del
proceso educativo en particular en la formación de los
ingenieros [12], [13], [14].
• Facilita la realización de demostraciones e ilustraciones
visuales que contribuyen a lograr un adecuado equilibrio
entre los conceptos abstractos (teorías, fórmulas
matemáticas y modelos) y los concretos (hechos,
observaciones, datos experimentales y aplicaciones) [14].
El conocimiento práctico es una característica distintiva de
los ingenieros que deben adquirirlo imprescindiblemente para
tener capacidad de diseño de sistemas en la tecnología en la
que se gradúan. La industria necesita ingenieros y espera de
ellos que posean una amplia variedad de habilidades
personales a la vez que un grado elevado de competencia
técnica. Muchas instituciones y asociaciones de ingeniería
como por ejemplo ASEE (American Society for Engineering
Education) [15], ABET (Accreditation Board for Engineering
and Technology) [16], SEFI (Société Européenne pour la
Formation des Ingénieurs) [17] y ANFEI (Asociación Nacional de facultades y escuelas de Ingeniería) [18], incluyen esta
apreciación en sus informes. El desarrollo y aprendizaje de
estas habilidades solo es posible si su realización es un
proceso de autoconstrucción del estudiante y de aprendizaje
centrado en él y en ese sentido son imprescindibles las
experiencias de laboratorio [14], [19], [20]. Desafortunadamente, existen varias restricciones para el desarrollo de trabajo
práctico de laboratorio en las Escuelas de Ingeniería. Entre
ellas se incluyen los costes de equipamiento y consumibles, el
tiempo limitado del profesorado para orientar y supervisar a
los estudiantes y el elevado número de alumnos en los
laboratorios, lo que conduce a bajos ratios profesor/alumno y
a elevar la presión sobre el espacio del laboratorio. En
ocasiones se comprueba que esta presión sobre el tiempo del
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profesorado y el espacio del laboratorio provoca que el trabajo
práctico no se desarrolle con tiempo suficiente y no se
coordine con los contenidos del curso.
Para optimizar las clases de laboratorio es necesario que los
alumnos lleguen al mismo con la preparación adecuada que
les permita comenzar a trabajar con un grado de autonomía
elevado. Es en este punto en el que juegan un papel
importante los laboratorios virtuales, que se analizan en el
apartado III, porque hacen sentir al alumno protagonista de su
aprendizaje de forma activa y le estimulan a participar, sin
temor a que algo se deteriore, con la misma recompensa que le
produce un videojuego, es decir, el hecho simple e inmediato
de hacerlo bien.
Por otro lado, aunque durante las dos últimas décadas se ha
debatido bastante sobre la congruencia del currículo, la
didáctica y la evaluación en el cambio de paradigma, aún se
mantienen prácticas evaluativas tradicionales incongruentes
[21]. Un test utilizado aisladamente difícilmente se puede
utilizar para evaluar temas tecnológicos y solo permite
alcanzar competencias en los niveles de conocimiento y
comprensión de la Taxonomía de Bloom [22], [23]. Es
necesario por ello que la evaluación esté alineada con la tarea
de aprendizaje [24]. Para garantizar el éxito de la
incorporación de las TIC al proceso de enseñanza-aprendizaje
es necesario revisar el enfoque de la evaluación. Un entorno
constructivista demanda recursos que incluyan la motivación
como un factor importante del procedimiento de evaluación.
Mediante esta metodología, se impulsa y mejora dicho
proceso, se ayuda al cambio conceptual, metodológico de los
alumnos y profesores y se modifica positivamente su actitud.
En los últimos años se constata una masiva utilización de
las TIC en el proceso de evaluación. En la literatura
anglosajona, se utiliza el acrónimo CAA (Computer-Assisted
Assessment) para hacer referencia a la automatización del
proceso de evaluación en distintas actividades, que se suele
denominar en castellano evaluación asistida por computador
[25], [26], [27]. Las TIC pueden ser herramientas útiles para
la evaluación del nivel de aprendizaje en la medida en que
facilitan la recogida, valoración y devolución de información
a los estudiantes sobre su proceso de aprendizaje. A la vez
pueden promover la autorregulación y mejoran el aprendizaje,
incluso si se considera la participación de los estudiantes en la
evaluación. Algunos estudios muestran las ventajas que
ofrecen las TIC para automatizar la realimentación y en este
mismo sentido son bastante populares los programas que
permiten a los docentes elaborar rúbricas en línea. Resultados
bastante útiles de estos estudios ofrecen guías para desarrollar
la evaluación con TIC [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34].
Todo lo expuesto, estimuló a los autores a desarrollar el
sistema SIPAE que combina un laboratorio virtual con los
cuestionarios adecuados y que se describe en el apartado IV.
III. LABORATORIO VIRTUAL DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
El concepto de laboratorio virtual no está normalizado en la
práctica, y reciben dicha denominación sistemas que poseen
55
características muy diferentes [35], [36]. No obstante se puede
definir un laboratorio virtual como un sistema constituido por
unos medios (programas, equipos informáticos, instrumentos
de medida), ubicados en uno o varios lugares, que se ponen a
disposición de los usuarios, ubicados en cualquier lugar, para
que puedan trabajar con ellos. Para ser verdaderamente
eficaces los laboratorios virtuales deben imitar al máximo el
entorno de trabajo real del estudiante tanto en apariencia como
en funcionalidad. Se pueden diseñar con multitud de recursos
como por ejemplo plataformas, programas de simulación,
contenidos multimedia, lenguajes de programación, etc.,
normalizados o acordes con algunas especificaciones del
aprendizaje electrónico.
En la práctica se pueden considerar dos grandes categorías
de laboratorios virtuales que son los simulados y los de acceso
remoto a laboratorios reales. El laboratorio virtual que se
utiliza en este trabajo denominado simplemente laboratorio
virtual, es simulado con la posibilidad de acceso desde
Internet y está formado por un conjunto de experimentos [37],
[38], [39], [40]. Sus principales características son las
siguientes:
• Tiene una interfaz de usuario amigable, con componentes
de aspecto físico parecido a los que el alumno utiliza en el
laboratorio.
• Incluye instrumentos simulados cuya funcionalidad es
similar a la de los instrumentos reales.
• Cada experimento es una simulación pedagógica
interactiva que relaciona los conceptos teóricos con los
prácticos.
• Contiene experimentos destructivos que no se pueden
llevar a cabo en el laboratorio y muestran al alumno las
consecuencias negativas de la mala utilización de los
elementos reales.
• Utiliza muy pocos recursos del ordenador y puede ser
incluido en cualquier otro programa.
La figura 1 muestra la interfaz de usuario general del
laboratorio virtual de la Electrónica Aplicada que incluye
INSTRUMENTOS
GENERADORES
ELEMENTOS
DE ENTRADA
INSTRUMENTOS
DE MEDIDA
CIRCUITOS
ELECTRÓNICOS
ELEMENTOS
DE SALIDA
Fig. 1. Interfaz general de usuario del laboratorio virtual.
instrumentos generadores, instrumentos de medida, elementos
de entrada y salida y el circuito electrónico cuyo funcionamiento se comprueba. Los instrumentos son interactivos y
el usuario puede cambiar sus parámetros utilizando el ratón.
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
El usuario del laboratorio virtual puede realizar los
diferentes experimentos, actuando libremente sobre los
distintos elementos que lo componen, para comprobar así su
funcionamiento. Además, para que el laboratorio virtual
constituya una herramienta de autoaprendizaje, cada
experimento contiene una o más actividades que guían al
usuario sobre las acciones que debe ejecutar para llegar a
comprender perfectamente el funcionamiento del circuito
estudiado.
En la figura 2 se representa el diagrama de bloques general
de un experimento del laboratorio virtual. Dicho diagrama
incluye a la derecha el nombre del experimento y las
actividades a realizar en él. A la izquierda se representa el
circuito cuyo funcionamiento se experimenta y los
instrumentos virtuales necesarios para llevar a cabo las
medidas que permiten comprobar que el funcionamiento es
acorde con las características de los conceptos descritos en el
libro electrónico.
EXPERIMENTO
[NOMBRE]
ACTIVIDAD
[Nombre]
CIRCUITO
ELECTRÓNICO
INSTRUMENTOS
DE MEDIDA
señales presentes en los puntos adecuados del circuito. La
actividad está formada por el conjunto de acciones que el
usuario debe realizar sobre el circuito y los instrumentos para
llevar a cabo el experimento.
En la figura 3 se muestra la interfaz de usuario de un
experimento de Electrónica Analógica en el que se utiliza una
fuente de alimentación, un generador de señales y un
osciloscopio.
- Descripción de la acción 1
- Descripción de la acción 2
-…
- Descripción de la acción n
Fig. 2. Diagrama de bloques general de un experimento en el que se indican
las actividades
Fig. 3. Ejemplo de experimento del laboratorio virtual.
El circuito cuyo funcionamiento se comprueba a través del
experimento se representa en la pantalla mediante un esquema
en el que el usuario puede cambiar los valores de los componentes adecuados y modificar la interconexión entre ellos.
Los instrumentos virtuales se comportan prácticamente
igual que los instrumentos reales que se utilizan en el
laboratorio, tanto si están como si no están basados en un
computador y permiten la visualización y medida de las
Fig. 4. Experimento destructivo que muestra el resultado de la utilización
incorrecta de un diodo zener.
En la figura 4 se muestra un experimento destructivo que
demuestra que el laboratorio virtual se acerca a la realidad. El
alumno observa esta imagen si se superan los valores
máximos del diodo zener.
IV. METODOLOGÍA DE AUTOEVALUACIÓN
ELECTRÓNICOS
DE DISPOSITIVOS
La herramienta de autoevaluación se plantea desde una
perspectiva pedagógica de evaluación por competencias y está
constituida por un conjunto de cuestionarios, cada uno de los
cuales está asociado a un experimento del laboratorio virtual.
Proporciona al alumno diversas competencias generales y
específicas situadas entre la clase magistral y el laboratorio.
Entre las generales cabe citar:
• Capacidad para organizar y planificar el trabajo de forma
autónoma.
• Medida en cada momento del progreso del aprendizaje.
• Elevación del nivel de motivación por el estudio de la
Electrónica.
Para formular los cuestionarios de autoevaluación sobre los
dispositivos electrónicos se utiliza la tabla I. En primer lugar
se enumeran las competencias específicas que debe alcanzar el
alumno al estudiar los dispositivos electrónicos, y a
continuación se clasifican según la Taxonomía de Bloom
[22]. En la columna de la derecha de la tabla I se indican las
competencias y en la de la izquierda los niveles de la citada
taxonomía.
En la fila superior de la tabla I se indican los distintos
modelos del dispositivo (ideal, aproximado y real) y en las
celdas centrales los cuestionarios. La creación de un
cuestionario se debe realizar de forma que capacite al alumno
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FERNÁNDEZ, SALAVERRÍA, GONZÁLEZ Y MANDADO: APRENDIZAJE MEDIANTE AUTOEVALUACIÓN
para adquirir las competencias que se enumeran en la columna
de la derecha de la tabla. Se logra así que los cuestionarios
estén centrados en la parte interior de la tabla y organizados
en orden de dificultad creciente de arriba abajo y de izquierda
a derecha.
57
que midan actividades intelectuales de orden superior, como
por ejemplo, resolución de problemas, creatividad y capacidad
de síntesis [41], [42]. Otros autores de la época son de la
misma opinión [43] y llegan incluso a realizar
comprobaciones con alumnos de ingeniería química [44].
TABLA I
METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE CUESTIONARIOS
TAXONOMÍA DE
MODELO
APROXIMA-
MODELO
BLOOM
IDEAL
CIÓN
REAL
COMPETENCIAS
CONOCIMIENTO
Principios de
Estructura del
Estructura
Describir estructura
funcionamiento
dispositivo con
del
y funcionamiento
nociones del
dispositivo
componente real
real
CONOCIMIENTO
Funcionamiento
Funcionamiento
Funcionami
Comprender el
Y
grafico
grafico
ento grafico
funcionamiento
CONOCIMIENTO
Leyes de
Leyes de
Leyes de
Comprender el
Y
funcionamiento
funcionamiento
funcionami
funcionamiento
COMPRENSIÓN
Ecuaciones
Ecuaciones
ento
ANÁLISIS
Estudio de
Estudio de
Estudio de
Analizar y utilizar
APLICACIÓN
circuitos básicos
circuitos básicos
circuitos
en circuitos básicos
de aplicación
de aplicación
básicos de
COMPRENSIÓN
Ecuaciones
Fig. 5. Ejemplo de cuestionario.
aplicación
APLICACIÓN
Resolución de
Resolución de
Resolución
Construir, analizar
SINTESIS
problemas
problemas
de
y reparar circuitos
problemas
SINTESIS Y
Diseño de
Diseño de
Diseño de
Diseñar circuitos
EVALUACIÓN
circuitos
circuitos
circuitos
básicos electrónicos
Ejemplo para el estudio de los dispositivos electrónicos.
En la columna izquierda los niveles de la taxonomía de Bloom. En la
columna derecha las competencias. En la 1ª fila los modelos de dispositivos y
en las celdas interiores los cuestionarios.
Cada celda interior está formada por un cuestionario de
cinco preguntas (reactivos). Cada pregunta consta de un
enunciado, una figura o esquema electrónico, un enlace con el
experimento virtual interactivo y un conjunto de respuestas
(opciones) de las que una es correcta y las demás son
incorrectas (elementos de distracción) (Figura 5). En total y en
las celdas centrales de la tabla se elaboran 18 cuestionarios,
cada uno de los cuales tiene cinco preguntas que a su vez
constan de cinco elementos de distracción y una respuesta
correcta. En total, en la tabla, hay 90 preguntas.
El alumno, debe resolver los cuestionarios avanzando por
las celdas interiores de la tabla, moviéndose de izquierda a
derecha y de arriba abajo, para ser consciente en todo
momento del nivel aprendizaje que alcanza. Dicho nivel lo
conoce cualitativamente por la posición en la tabla, porque en
cada instante sabe cuales son las competencias que está
desarrollando y cuales le faltan, y cuantitativamente porque el
sistema le da una valoración numérica.
Existe cierta polémica sobre si es o no posible cubrir los
niveles más avanzados de la taxonomía, mediante pruebas
objetivas, en las carreras de ingeniería. Algunos autores
presentan ejemplos de preguntas calificables en un ordenador,
de las cuales forman parte las de opción múltiple y sostienen
que en este tipo de evaluaciones se pueden diseñar preguntas
Como los enlaces con el laboratorio virtual facilitan la
obtención de las competencias, ha sido necesario a veces
volver a reformularlas para evitar solapamientos. Esta
realimentación, ha sido beneficiosa e imprescindible para
lograr el acabado de la totalidad de los cuestionarios.
Se han podido formular preguntas relativas a fallos reales
en circuitos electrónicos, porque se pueden ensayar fácilmente
sin riesgos para el alumno.
V. GESTIÓN DEL SISTEMA INTEGRADO DE EVALUACIÓN Y
APRENDIZAJE SIPAE
En el organigrama de la figura 6 se muestra, de forma
resumida, la metodología desarrollada para el proceso de
autoevaluación y aprendizaje.
El proceso se inicia con un texto explicativo llamado
tutorial de aprendizaje que puede estar implementado o no en
formato hipermedia. Dicho texto se estudia combinándolo
adecuadamente con la realización de los experimentos del
laboratorio virtual. Una vez estudiado dicho texto y realizados
los experimentos, el alumno accede al proceso de autoevaluación, que consiste en un conjunto de preguntas de respuesta
múltiple, entre las que debe seleccionar la correcta. Una vez
realizada la selección, el sistema presenta al alumno el
laboratorio virtual con el circuito bajo análisis para que
experimente con él y deduzca si su respuesta es o no correcta.
Una vez que ha realizado el experimento, el sistema le
pregunta si ha acertado o no. Es conveniente resaltar que no se
le dice, directamente, si su contestación es o no correcta. Este
método le obliga a descubrir por sí mismo si la respuesta es
correcta, de acuerdo con el experimento que realiza. Se trata
de una doble evaluación, la primera por la pregunta que se le
plantea y la segunda por el experimento que realiza.
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IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
VI. EJEMPLO DEL SISTEMA DESARROLLADO
En las figuras 7, 8, 9 y 10 se muestra un ejemplo sencillo
del sistema SIPAE en el tema de diodos.
Fig. 8. Circuito práctico.
Fig. 6. Organigrama del sistema SIPAE.
Fig. 9. Tensión en bornes del diodo y corriente que circula por el circuito.
Fig. 7. Interfaz gráfica de usuario en la modalidad de preguntas.
La situación del alumno parte de una de las celdas de la
tabla I y más concretamente de una pregunta de las cinco que
contiene un cuestionario. La figura 7 muestra un ejemplo de
pregunta, el alumno debe elegir una de las respuestas que se
proponen, de las cuales una es correcta y las cinco restantes
incorrectas. En esta pregunta el alumno demuestra si sabe o no
cuál es la tensión en los terminales del diodo y la corriente que
circula a través de él.
Una vez elegida la respuesta, el programa lanza el
experimento
interactivo
del
laboratorio
virtual
correspondiente al circuito bajo análisis (Figura 8), pero no le
indica todavía al alumno, si su respuesta es correcta o no.
Fig. 10. Interfaz gráfica de usuario en la modalidad de preguntas.
El alumno puede interactuar con el experimento,
accionando los interruptores de puesta en marcha de los
instrumentos, estableciendo el circuito exacto, eligiendo el
valor de los componentes, etc. Seguidamente puede visualizar
en los instrumentos las condiciones del circuito que ha
determinado y comprobar si la respuesta que ha dado es
correcta o no, tal como lo haría en el laboratorio real. La
figura 9 muestra el resultado que obtiene después de
interaccionar con el experimento.
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FERNÁNDEZ, SALAVERRÍA, GONZÁLEZ Y MANDADO: APRENDIZAJE MEDIANTE AUTOEVALUACIÓN
Cuando el alumno sale del laboratorio virtual, se le muestra
la pantalla de la figura 10 con la pregunta “¿ha contestado
correctamente?,” debe seleccionar una de las opciones “si”,
“no” o “no se”. El sistema finalmente le califica si ha acertado
o le envía otra vez al laboratorio virtual o al tutorial de
aprendizaje.
59
y las figuras le resultan claras y agradables y considera que ha
necesitado el laboratorio virtual para resolver los
cuestionarios.
VII. RESULTADOS OBTENIDOS
Para evaluar la aceptación por parte de los alumnos y el
efecto sobre el aprendizaje se ha realizado un estudio
estadístico durante cuatro cursos. En los cursos 2005-06 y
2006-07 no se utilizó el sistema y en los cursos 2007-08 y
primer semestre de 2008-09 se utilizó.
A. Encuesta de satisfacción
El estudio de la valoración del sistema por parte de los
alumnos se ha realizado con una encuesta en la que se
pregunta el grado de acuerdo (valores del 1 al 5) con los
siguientes términos:
1. Utilizo el material de estudio en formato electrónico
2. La navegación resulta intuitiva y no necesita ayuda
3. El diseño y las figuras son claras y agradables
4. Me hace pensar y generar nuevas ideas y cuestiones
5. Muestra las dificultades reales con las que me encuentro
en el laboratorio
6. He necesitado el laboratorio virtual para resolver las
cuestiones
7. Las preguntas tienen el nivel adecuado
8. He necesitado el tutorial de aprendizaje para responder al
cuestionario
En la figura 11 se puede ver de forma general este
porcentaje y en la figura 12 se detallan algunos de los
términos utilizados.
VALORACIÓN DE SIPAE 2007-08
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
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valor 5
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...
e..
.
0%
Preguntas de la encuesta
Fig. 11. Porcentaje de valoración general.
La mayoría de los alumnos siguen, en general, utilizando el
formato en papel para estudiar, ya que a la primera afirmación
“Utilizo el material de estudio en formato electrónico” han
seleccionado los valores 1 o 2. Para la gran mayoría la
navegación ha resultado sencilla e intuitiva, también el diseño
Fig. 12. Valoraciones parciales.
B. Resultados de las calificaciones de los alumnos de los
cuatro últimos años
Para valorar el efecto sobre el aprendizaje se han utilizado
las calificaciones de los cuatro últimos años. Se han
calificado:
1. Asistencia a prácticas
2. Soltura con los instrumentos del laboratorio
3. Realización y acabado de la práctica
4. Nota de prácticas
5. Nota de semestre
6. Calificación final
Se han utilizado las calificaciones de los 4 primeros
semestres de los cursos 2005-06 a 2008-09. Solo en los dos
últimos cursos se ha utilizado el sistema SIPAE y del tema de
diodos que se explica en el primer semestre.
En las gráficas de las figuras 13 a 18 se muestran, en
columnas, el promedio de la calificación de cada año. El
criterio de valoración en clase de prácticas (soltura en el
manejo de instrumentos, y realización de la práctica.) se ha
realizado en base a tres niveles: bien (3), regular (2) y mal (1),
es por ello que las puntuaciones finales se realizan sobre 3.
Otras notas como las de semestre y final de curso (exámenes
de teoría, trabajos etc.) se han valorado sobre 10 y después se
han reducido a la escala de 3 para finalmente poder
compararlas.
En la mayoría de las gráficas se detecta una mejoría en las
calificaciones utilizando el sistema SIPAE.
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SOLTURA INSTRUMENTOS
NOTA 1º SEMESTRE
2,50
1,80
1,60
2,00
1,40
1,20
1,50
1,00
0,80
1,00
0,60
0,40
0,50
0,20
0,00
0,00
1
PROMEDIO 2005-06
PROMEDIO 2007-08
1
PROMEDIO 2006-07
PROMEDIO 2008-09
Fig. 13. Promedio sobre 3 de las calificaciones de soltura con los
instrumentos del laboratorio.
PROMEDIO 2005-06
PROMEDIO 2007-08
PROMEDIO 2006-07
PROMEDIO 2008-09
Fig. 16. Promedio sobre 3 de las calificaciones del primer semestre
.
REALIZACIÓN PRÁCTICA
NOTA FINAL CURSO
2,50
1,76
1,74
2,00
1,72
1,70
1,50
1,68
1,66
1,00
1,64
1,62
0,50
1,60
1,58
0,00
1
PROMEDIO 2005-06
PROMEDIO 2007-08
1,56
PROMEDIO 2006-07
PROMEDIO 2008-09
Fig. 14. Promedio sobre 3 de las calificaciones de la realización de la
práctica.
1
PROMEDIO 2005-06
PROMEDIO 2007-08
Fig. 17. Promedio sobre 3 de las calificaciones del los cursos
.
NOTA PRÁCTICAS
VIII. CONCLUSIONES
2,30
2,20
2,10
2,00
1,90
1,80
1,70
1
PROMEDIO 2005-06
PROMEDIO 2007-08
PROMEDIO 2006-07
PROMEDIO 2008-09
Fig. 15. Promedio sobre 3 de las calificaciones de las prácticas
.
PROMEDIO 2006-07
En este artículo se describe un sistema de autoevaluación
por competencias basado en la taxonomía de Bloom que,
mediante la utilización de un laboratorio virtual, permite al
alumno evaluar sus conocimientos de un modo original que no
se limita a la simple respuesta de “acertado” o “incorrecto”
sino que le hace trabajar de un modo práctico, de la misma
forma que lo haría en un laboratorio en el que tuviese que
montar el circuito
El sistema de autoevaluación desarrollado es, además, un
conjunto de objetos de aprendizaje que se ha incorporado a la
plataforma informática de gestión del aprendizaje Moodle [45]
pudiendo ser previamente estandarizados con SCORM [46] o
IMS [47].
Utilizando este sistema, con las pautas que le da el profesor,
el alumno construye su propio aprendizaje y autoevaluación
[48]. Se logra así que deje de ser un receptor pasivo de
información y que se convierta en un participante activo del
ISSN 1932-8540 © IEEE
FERNÁNDEZ, SALAVERRÍA, GONZÁLEZ Y MANDADO: APRENDIZAJE MEDIANTE AUTOEVALUACIÓN
proceso educativo, que relaciona la información disponible en
el sistema con sus experiencias y conocimientos previos [49].
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
Fig. 18. Circuito amplificador en colector común.
[11]
Se trata de una evaluación continua que se realiza durante el
proceso de enseñanza y aprendizaje y cuyo objetivo
fundamental no solo es regularlo de manera interactiva [50],
sino que además es formativa porque ayuda al alumno a
controlar por sí mismo sus propios procesos y estrategias de
pensamiento y aprendizaje [50].
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
Fig. 19. Fuente de corriente constante con amplificadores operacionales.
Se consigue de esta forma, una auténtica evaluación
centrada en situaciones de aprendizaje de la vida real y en
problemas significativos y relevantes de naturaleza compleja,
que muestran al alumno la utilización de un conjunto de
conocimientos, habilidades, y actitudes [51] [52] y [53].
El sistema SIPAE se prueba en este momento (Marzo de
2009) con circuitos con transistores (Figura 18). En los
próximos meses se utilizará con circuitos analógicos
implementados con amplificadores operacionales (Figura 19)
y con circuitos digitales.
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
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[53] F. Diaz Barriga, “La evaluación auténtica centrada en el desempeño: una
alternativa para evaluar el aprendizaje y la enseñanza,” En F. Díaz
Barriga (Coord. ), Enseñanza vinculada: vínculo entre la escuela y la
vida (pp 125-163). México: McGraw-Hill, 2006.
Pilar Fernández Sánchez. Ingeniera Técnica
Industrial en Electrónica Industrial e Ingeniera
Industrial en Organización Industrial (Universidad
del País Vasco UPV/EHU). Profesora Titular de
Escuela Universitaria en la UPV desde 1993. Su
línea de investigación se ha centrado en sistemas de
enseñanza y aprendizaje por ordenador. Premio a la
mejor ponencia presentada en el área de
Instrumentación Electrónica en el congreso TAEE
2004. Premio a la 2ª mejor ponencia presentada en el área de Electrónica
Analógica, Circuitos e Instrumentación en el congreso TAEE 2008.
Ángel Salaverría Garnacho. Licenciado en Ciencias
Físicas (Universidad de Navarra), Doctor en Ciencias
Físicas (Universidad del País Vasco UPV/EHU).
Profesor Titular de Escuela Universitaria en la UPV
desde 1979. Premio a la mejor comunicación oral por el
trabajo “Sistema Hipermedia de verificación asistida
por ordenador de circuitos analógicos” congreso TAEE
2002). Primer premio en la modalidad de software en el
“1st European Contest on Microelectronics Education”,
congreso EWME 2002. Premio al mejor demostrador en el congreso TAEE
2004. Premio a la 2ª mejor ponencia presentada en el área de Electrónica
Analógica, Circuitos e Instrumentación en el congreso TAEE 2008.
Jacinto González Dacosta. Doctor Ingeniero en
Informática por la Univ. de Vigo -2002- Profesor
Contratado Doctor del Departamento de Informática
(Área de Lenguajes y Sist. Informáticos) de la Univ. de
Vigo desde el año 2007 y como profesor desde el año
1993. Desarrollo de software educativo y hace unos años
los trabajos se centran en los objetos de aprendizaje y las
tecnologías basadas en componentes de software. Más de
50 participaciones a congresos nacionales e
internacionales, así como la publicación de 5 artículos en revistas
internacionales y numerosas aportaciones en forma de libro o capítulos.
Participación desde el año 2003 hasta la actualidad en el Programa de
Doctorado “Ingeniería del Software basada en componentes reutilizables.
Aplicaciones en interfaces Hombre-Máquina” siendo coordinador en el bienio
2004-06. Primer premio en la modalidad de software en el “1st European
Contest on Microelectronics Education”, congreso EWME 2002. Premio al
mejor demostrador en el congreso TAEE 2004. A component framework for
reusing a propietary computer-aided engineering enviroment en la revista
Advances in Engineering Software.
Enrique Mandado Pérez.. Ingeniero en Electrónica
por la Universidad Politécnica de Madrid en 1969.
Doctor Ingeniero en Electrónica por la Universidad
Politécnica de Cataluña en 1976. Ha trabajado como
ingeniero de aplicaciones durante diez años en Philips.
Desde 1982 es catedrático de Tecnología Electrónica
de la Universidad de Vigo. Ha publicado numerosos
artículos, comunicaciones a congresos y libros entre los
que destaca el titulado “Sistemas Electrónicos Digitales
del que publicó la novena edición en 2008. En 1996
recibió el premio Xunta de Galicia al mejor trabajo del ámbito tecnológico por
el artículo "Los parques tecnológicos como herramienta de promoción de la
innovación tecnológica" publicado en la revista Economía Industrial del
Ministerio de Industria. Es miembro del IEEE desde 1969 y está en posesión
de la Cruz de Alfonso X el Sabio por méritos académicos.
ISSN 1932-8540 © IEEE
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
63
Aprendizaje de Sistemas Digitales utilizando
tecnologías interactivas
Marta Prim Sabrià, Joan Oliver Malagelada, y Vicenç Soler Ruíz
Title— Interactive technologies in Digital Systems classes.
Abstract— In this paper, we describe a new methodology
applied to solving in-class problems. The aim is to increase the
student’s participation and motivation, and, consequently, the
acquisition of knowledge and skill in digital systems.
We present the use of an interactive docent tool, Educlick,
which has been adapted to these problems’ classes. Educlick is
based on the use of electronic answer remote controls. The
classes are wholly directed. The experience is done in the subject
of Digital Systems of Computer Science at the Escola
d'Informàtica Universitària of the Universitat Autònoma of
Barcelona, which has around 160 students.
Index Terms— Electronics engineering education, Electronic
Answer Remote Controls, European Space of Higher Education
(ESHE)
I. INTRODUCCIÓN
n el presente artículo se detalla como se han adaptado las
clases de problemas de la asignatura Sistemas Digitales I
al sistema de docencia presencial basada en la utilización
de mandos electrónicos de respuesta, Educlick [1]. La
experiencia se ha llevado a cabo en la asignatura de Sistemas
Digitales I dentro de las titulaciones de ingeniería técnica en
Informática tanto de gestión como de sistemas, en el primer
cuatrimestre de dos cursos académicos 2007-2008 y 20082009. Sistemas Digitales I es una asignatura de 6 créditos, 3
de teoría, 1 de problemas y 2 de prácticas de laboratorio, que
se imparte en la Escola Universitària d’Informàtica de la
Universitat Autònoma de Barcelona (actualmente, dicha
escuela y la Escola Tècnica Superior d’Enginyeria de la UAB,
están en proceso de fusión, pasando a denominarse Escola
E
Marta Prim pertenece al Departamento de Microelectrónica y Sistemas
Electrónicos de la Universitat Autònoma de Barcelona, Edifici Q, Campus de
Bellaterra, 08193 Bellaterra (Cerdanyola del Vallès), Barcelona, Spain.
[email protected].
Joan Oliver pertenece al Departamento de Microelectrónica y Sistemas
Electrónicos de la Universitat Autònoma de Barcelona, Edifici Q, Campus de
Bellaterra, 08193 Bellaterra (Cerdanyola del Vallès), Barcelona, Spain.
[email protected]
Vicenç Soler pertenece al Departamento de Microelectrónica y Sistemas
Electrónicos de la Universitat Autònoma de Barcelona, Edifici Q, Campus de
Bellaterra, 08193 Bellaterra (Cerdanyola del Vallès), Barcelona, Spain.
[email protected]
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
d’Enginyeria). En esta asignatura se matriculan unos 160
alumnos.
Casi siempre el punto débil en la enseñanza de Sistemas
Digitales es la realimentación alumno-profesor, es decir, al
profesor le resulta complicado conocer si el alumno ha
asimilado los conceptos tratados en las clases de teoría. Esta
realimentación se debería obtener en las clases de problemas
de la asignatura. Sin embargo, la problemática que se
encuentra el profesor, con un número elevado de alumnos, es
que en las clases de problemas normalmente es el propio
profesor el que desarrolla el problema en la pizarra o a partir
de transparencias, y los alumnos se limitan a copiar dicha
información, sin el correspondiente estudio, desarrollo o
meditación sobre el ejercicio propuesto. Ello impide que el
profesor determine en que puntos es necesario realizar
especial énfasis en las siguientes clases para mejorar el
seguimiento de la materia.
Cabe mencionar que en las asignaturas de diseño de
circuitos digitales es muy importante que el alumno realice
problemas o ejercicios de análisis y síntesis de circuitos para
adquirir los conocimientos, así como sus habilidades (utilizar
con facilidad un simulador de circuitos digitales, trabajar con
data-sheets, identificar circuitos integrados digitales SSI/MSI
comerciales, etc.) y competencias (capacidad de análisis, de
síntesis, de abstracción, etc.).
Para mejorar tanto los resultados académicos como los
conocimientos, las habilidades y las competencias de los
alumnos respecto al diseño de circuitos digitales
combinacionales y secuenciales de los últimos años, se ha
fijado como objetivo principal buscar alternativas a la
metodología aplicada durante estos últimos cursos, siempre
teniendo presente las medidas encaminadas a la construcción
del espacio europeo de enseñanza superior (EEES) [2-4]. Se
constató la problemática en las clases de problemas de dicha
asignatura y se consideró como posible punto de motivación
incluir la interactividad en dichas clases. Esta interactividad se
consigue cuando el alumno realice ejercicios en clase,
individuales o en grupo, y comprueba la resolución del
ejercicio mediante la utilización de los mandos electrónicos de
respuesta. Esto permite al alumno interactuar con el profesor
para conocer el porqué de la respuesta, esto es la
realimentación que hemos comentado al inicio de este
apartado.
El artículo consta de seis secciones. La primera es esta
introducción a la situación a tratar y la solución adoptada. Una
ISSN 1932-8540 © IEEE
64
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
breve introducción a los mandos electrónicos de respuesta
usados para llevar a cabo la metodología considerada, se
presenta en la segunda sección. En la tercera sección, se
detalla la metodología que se ha aplicado en las clases de
problemas de la asignatura en estos dos cursos académicos. Se
explica, en la cuarta sección, como se evalúan las clases de
problemas, o también llamadas clases de actividades dirigidas
utilizando los mandos electrónicos de respuesta. Los
resultados de la experiencia se muestran en la sección cinco. Y
por último, se exponen las conclusiones del uso de un sistema
interactivo en la docencia presencial.
II. MANDOS ELECTRÓNICOS DE RESPUESTA
A. Estado del arte
Los mandos electrónicos de respuesta reciben distintas
denominaciones como mandos de votación, dispositivos de
respuesta remota, votadores inalámbricos, sistemas de
respuesta personal,… (en inglés “clickers” o “interactive
response system”), todos ellos tienen en común sus beneficios
en el aprendizaje de la materia impartida. Existen distintas
publicaciones que afirman dicha característica, desde la
publicación [5] de Liu et al. en la cual presentaban la
herramienta, Educlick y el artículo de Lin, [6], que detallaba
su utilidad en las clases. A partir de ellos se han divulgado
distintos artículos que exponen esta característica, de entre
ellos se puede destacar el de Johnson [7] que describe como
los mandos electrónicos de respuesta ayudan al profesor o
instructor en tres puntos:
• Potenciar el grado de atención de los asistentes.
• Aumentar el grado de comprensión de la materia que
se imparte.
• Permitir interactuar con los alumnos.
Igualmente, explica que para el alumno representa motivación,
consolidación de conocimientos y participación activa en la
clase.
Así mismo, otro artículo a mencionar es el de Martyn [8] que
puntualiza dos particularidades de los mandos electrónicos de
respuesta:
• Proporciona un mecanismo a los estudiantes para
participar anónimamente.
• Integra un “juego” que anima más a los alumnos a la
participación que una clase tradicional.
En concordancia con dichas publicaciones, muchas
universidades españolas, entre ellas la Universitat Autònoma
de Barcelona, apuestan por la implantación de tecnologías de
la información y comunicación como herramientas de
innovación en distintas materias. Dentro de estas herramientas
se incluyen dichos mandos electrónicos de respuesta. Se
utilizan en distintas áreas, principalmente en ciencias de la
salud.
actualmente, en el mercado existen distintos productos con
prestaciones similares al sistema que nosotros utilizados y
presentamos como herramienta utilizada en nuestra
experiencia.
El sistema interactivo, Educlick, que se está utilizando en
las sesiones o clases de problemas de la asignatura de
Sistemas Digitales consta de:
• Un software compatible con Microsoft PowerPoint
que permite introducir unos controles de sesión a las
transparencias diseñadas.
• Unos mandos electrónicos de respuesta.
• Un receptor, conectado al ordenador por USB, con el
cual se sincronizan por radio frecuencia los mandos
electrónicos de respuesta.
Toda la información generada en cada sesión es almacenada
en una base de datos, permitiendo posteriormente la
generación de informes o la exportación a Microsoft Excel,
donde los datos pueden ser consultados y/o manipulados para
poner a disposición de los alumnos los resultados obtenidos en
cada sesión. Esto permite al alumno ver donde ha fallado e
incidir su estudio en los puntos débiles detectados en la prueba
desarrollada en clase.
En la figura 1 se observa los mandos electrónicos de
respuesta y el receptor que se conecta por USB al ordenador.
Los mandos constan de diez teclas de respuesta que están
indicadas por letras o números. También, dispone de tres
teclas más que en una combinación determinada sirven para la
sincronización del mando con el receptor.
Figura 1. Mandos electrónicos de respuesta y receptor.
La figura 2 muestra dos ejemplos de transparencias, uno
corresponde a una pregunta tipo test y el otro, a una pregunta
de encuesta. Se puede observar que las dos incluyen el control
de sesión. En la primera transparencia no está activado el
inicio de votación y en la segunda lleva 20 segundos activado
el proceso de votación donde hay dos mandos que han
enviado su respuesta de los 60 mandos de respuesta
configurados en el sistema.
B. Sistema interactivo
La Escola Universitària d’Informàtica optó por la compra
del sistema interactivo, Educlick, de todos modos,
ISSN 1932-8540 © IEEE
PRIM, OLIVER Y SOLER: APRENDIZAJE DE SISTEMAS DIGITALES
65
Figura 4. Gráfica de porcentajes de acierto de una sesión.
III. METODOLOGÍA APLICADA
Figura 2. Ejemplos de transparencias que incluyen el control de sesión.
Este control consta de dos partes: por una parte, un panel de
respuesta, donde se visualiza el estado de votación de los
mandos electrónicos, y la parte de control de la votación
(inicio/fin de la votación, tiempo de respuesta, gráfica,…). El
alumno selecciona una de las posibles respuestas y realiza la
votación. En el panel de respuesta, la casilla correspondiente a
su mando cambia de color azul a color rojo, indicando que ha
votado, como se puede observar en la figura 3.
Figura 3. Panel de control de sesión.
Al finalizar la clase, se guardan los datos de la sesión en
una base de datos para su consulta posterior. También, se
puede visualizar una gráfica que indica los porcentajes de
acierto de los ejercicios realizados (figura 4).
A partir del curso académico 2007-2008, todas las
asignaturas que se imparten en la Escola Universitària
d’Informàtica se han adaptado (en fase piloto) a las directrices
de Bolonia. Para ello, se han creado las guías docentes donde
el alumno tiene especificado, detalladamente, desde los
objetivos a la forma de evaluación de cada asignatura [9]. En
la asignatura de Sistemas Digitales I de segundo curso se ha
considerado realizar evaluación continuada y una prueba final
escrita. La evaluación continuada consiste en el desarrollo por
parte del alumno de dos evidencias: la participación en las
clases de problemas o de actividades dirigidas y el desarrollo
del portafolio del alumno en un entorno wiki [10] (eportafolio). En este artículo nos centramos en cómo se han
estructurado y evaluado las clases de problemas.
En las clases de problemas se distinguen dos tipos de
sesiones:
• Las clases de problemas donde el profesor, a partir de
una lista propuesta de ejercicios, los resuelve con el
correspondiente debate con los alumnos.
• Las clases de actividades dirigidas que se diferencian
de una clase de problemas porque es el alumno quien
resuelve el ejercicio de forma individual o en grupo,
mediante el soporte de apuntes, libros,… o no y
respondiendo con los mandos electrónicos de
respuesta.
A las clases, de una duración de 50 minutos, asisten unos
35 alumnos y se asigna un mando a cada uno de ellos. La
clase se inicia con el reparto de mandos a todos los asistentes,
los cuales ya tienen un número asignado. Seguidamente, se
presenta el PowerPoint, con los ejercicios a resolver. Son
ejercicios tipo test. Cuando pasados unos minutos el profesor
considera que todos los alumnos han tenido tiempo para
determinar la solución, se inicia la votación con los mandos
electrónicos. Al finalizar la votación, se puede visualizar una
gráfica de resultados, donde el alumno observa cual es la
respuesta correcta y si ésta ha coincidido con la suya. La
visualización de la respuesta permite al profesor iniciar un
pequeño debate sobre el ejercicio para que el alumno conozca
la solución.
ISSN 1932-8540 © IEEE
66
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
IV. EVALUACIÓN
La evaluación de esta asignatura se ha llevado a cabo en
base al trabajo desarrollado por el alumno en cuatro
evidencias de evaluación especificadas en la metodología
docente presentada en la guía docente al inicio del curso. Se
han valorado los conocimientos de la materia científicostécnicos conseguidos, el grado de implicación en las prácticas
de laboratorio así como el trabajo y la participación en la
elaboración del e-portafolio por parte del alumno, que consiste
en un trabajo continuado presentado en un wiki de temas de
ampliación, ejercicios en grupo y ejercicios individuales, [11].
Parte de la valoración de los conocimientos científicostécnicos corresponde a la evaluación de las clases de
problemas interactivas que en este artículo se presenta. Se
imparten seis clases de actividades dirigidas, de éstas el
alumno debe haber asistido como mínimo a cuatro de ellas. De
todas las actividades en las que ha participado el alumno se
consideraran las cuatro con mejor puntuación. La nota
obtenida representa un 15% de la nota final de la asignatura en
la primera convocatoria.
Estas clases de actividades dirigidas no son obligatorias, si
un alumno no puede asistir a ellas, para obtener el 15%, se le
ofrece la posibilidad de realizar dos ejercicios adicionales en
la prueba final escrita de la asignatura.
V. RESULTADOS
Los resultados de la experiencia que se presentan a
continuación hacen referencia a la participación, la evaluación
de las actividades y la valoración de los alumnos sobre la
utilización de los mandos electrónicos de respuesta.
El grado de participación de los alumnos a las clases de
actividades dirigidas ha sido de un 87%, considerando las 6
actividades realizadas, como se muestra en la siguiente Figura
4:
Participación en las actividades
140,0
Número alumnos
120,0
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
Act. 1
Act. 2
Act. 3
Act. 4
Act. 5
Act. 6
Figura 4. Grado de participación
En la figura 5 se presentan el rango de notas obtenidas por
los alumnos al final del cuatrimestre después de realizar las
seis actividades dirigidas programadas. Observando los
resultados, se puede afirmar que la mayoría de los alumnos
que asistieron a las actividades, las superaron con buena nota.
La razón de este resultado puede ser la realización de los
ejercicios con la ayuda de apuntes, libros, etc. además de
poder resolver los ejercicios en grupo.
Notas finales de las actividades dirigidas
100,0
80,0
Nº alumnos
Se diferencian tres tipos de ejercicios: ejercicios de análisis,
ejercicios de síntesis o diseño y ejercicios de conocimientos
teóricos.
Los ejercicios de análisis son ejercicios donde se presenta
un circuito digital, combinacional o secuencial, y el alumno
debe determinar la función o funciones del circuito y
seleccionar de las tres o cuatro posibles respuestas cual es la
correcta.
Los ejercicios de síntesis o diseño son, por el contrario,
ejercicios con un enunciado describiendo un problema y el
alumno debe realizar todos los pasos de síntesis hasta obtener
el circuito, el cual debe comparar con las posibles soluciones
que se le presentan en la transparencia. En estos ejercicios se
les pregunta desde el número de puertas necesarias para la
implementación hasta el comportamiento del circuito en un
diagrama de tiempo.
Los ejercicios de conocimientos teóricos corresponden a
preguntas sobre conceptos teóricos del tema en cuestión. En
estos ejercicios, el alumno no debe realizar ningún desarrollo.
Cabe destacar algunas consideraciones en la preparación de
los ejercicios:
• Los tipos de ejercicios indicados se van alternando
para que el alumno no pierda el interés, o encuentre
monótona la clase.
• Los ejercicios de conocimientos teóricos se
programan con un tiempo de respuesta, es decir, se
considera un tiempo razonable para que el alumno
pueda seleccionar la respuesta correcta, finalizado este
tiempo, no se permite la votación.
• Los ejercicios propuestos deben permitir al alumno
saber el grado de conocimiento de la materia sobre la
cual se está realizando la actividad.
• Los ejercicios se plantean con distintos grados de
dificultad.
60,0
40,0
20,0
0,0
Suspendido
Aprobado
Notable
Sobresaliente
Figura 5. Resultados de la evaluación de las actividades dirigidas.
Si nos preguntamos como ha influenciado en el examen
final la utilización de los mandos electrónicos de respuesta, se
puede indicar que la diferencia más importante respecto a
cursos anteriores es el porcentaje de alumnos que se
presentaron a examen. Los dos cursos académicos que hemos
utilizado los mandos electrónicos de respuesta el porcentaje ha
ISSN 1932-8540 © IEEE
PRIM, OLIVER Y SOLER: APRENDIZAJE DE SISTEMAS DIGITALES
sido del 86% este curso y un 84% el curso 2007-2008 frente al
60% del curso 2006-2007; sin embargo, el porcentaje de
alumnos que superaron el examen no se ha visto modificado,
alrededor de un 45%. La Figura 6 muestra dichos porcentajes.
Tres cursos académicos: porcentaje con/sin
utilización de mandos electrónicos de respuesta
67
aprendizaje,…, en definitiva ayudar al alumno a superar la
asignatura con un elevado grado de conocimientos sobre el
análisis y el diseño de circuitos digitales. Para ello, se ha
introducido interactividad en las clases de problemas mediante
la utilización de un sistema de mandos electrónicos de
respuesta ofrecido por la empresa Educlick.
Valoro positivamente la experiencia de la utilitzación de
los mandos electrónicos de respuesta.
100,00%
80,00%
49,38%
60,00%
50,00%
34,57%
40,00%
40,00%
20,00%
30,00%
0,00%
20,00%
2008-2009 / con 2007-2008 / con 2006-2007/ sin
0,00%
Figura 6. Relación de tres cursos académicos respecto a la utilización de los
mandos y los alumnos presentados a examen y que superan el examen escrito.
En la última clase de actividades dirigidas se pasó una
encuesta para saber el grado de satisfacción de la experiencia
llevado a cabo. La valoración de los alumnos se puede
observar en la siguiente figura 7, donde se preguntó a los
alumnos si consideraban que la utilización de los mandos
electrónicos de respuesta les ayudaba en el aprendizaje de la
materia:
Las clases con mandos electrónicos de respuesta
ajudan en el aprendizaje de la materia
39,51%
40,00%
35,00%
27,16%
30,00%
25,00%
20,00%
14,81%
18,52%
15,00%
10,00%
5,00%
0,00%
A
B
C
D
9,88%
10,00%
Curso académico
Alumnos presentados a examen Alumnos presentados que superan examen
A
6,17%
B
C
D
A:Molt en desacord - D:Molt d'acord
Figura 8. Valoración de los mandos electrónicos de respuesta respecto al
aprendizaje de la materia.
Este sistema, al mismo tiempo, permite realizar una
evaluación continuada, donde el profesor dedica más tiempo a
la preparación de los ejercicios que a la corrección de éstos y
los alumnos saben, al finalizar la sesión, el grado de
conocimiento de la materia evaluada.
También, es importante mencionar los problemas técnicos
surgidos en el planteamiento de estas clases dirigidas como
son el tiempo perdido al inicio de la clase con el reparto de los
mandos a los alumnos, muchos no se acuerdan del número de
mando asignado, otros han cambiado el horario y asisten a
otra sesión donde no tienen mando asignado, si hay varios
grupos de clases de problemas si debe variar el repertorio de
preguntas debido a que se pasan las soluciones entre grupos.
Sin embargo, podemos afirmar que las expectativas
favorables depositadas inicialmente sobre la experiencia se
han cumplido y los resultados obtenidos, en los dos cursos
académicos, lo confirman.
A: Muy en desacuerdo - D: Muy de acuerdo
Figura 7. Valoración de los mandos electrónicos de respuesta respecto al
aprendizaje de la materia.
También, se les preguntó la valoración global de la
experiencia, el resultado se muestra en la figura 8. Los
alumnos valoraron positivamente las clases de actividades
dirigidas, principalmente porqué permitían realizar problemas
y posteriormente saber su solución, así como la puntuación
obtenida. Ello, también, les ayudaba a esclarecer sus dudas
sobre la materia que trataba la actividad.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
VI. CONCLUSIONES
Este artículo expone la reestructuración de la asignatura de
Sistemas Digitales I de segundo curso de una ingeniería
técnica, para incrementar la motivación, la participación, el
[6]
Educlick, sistema de docencia presencial basado en mandos electrónicos
de respuesta. [Online]. Disponible: http://www.educlick.es/. Último
acceso: febrero 2009.
Cap a l'EEES. Experiències docents innovadores a ciències
experimentals i tecnologies i a ciències de la salut, editado por la
Unidad de Innovación Docente en Educación Superior (IDES) de la
UAB. Nov. 2008.
La web de consulta de l'Espai Europeu d'Educació Superior de la
Universitat
Autònoma
de
Barcelona.
Disponible:
http://www.uab.cat/bolonya/. Último acceso: febrero 2009.
J. Rué. Enseñar en la universidad: el EEES como reto para la
Educación Superior. Editorial Narcea, Madrid , 2007.
T. C. Liu, J. K. Liang, H. Y Wang, T. W. Chan, L. H. Wei, “Embedding
EduClick in Classroom to Enhance Interaction”. Proceedings of
International Conference on Computers in Education (ICCE), pp. 117125, 2003.
Lin, S., Teng, H., “A case study of the interactive evaluation system for
Teacher-Centered Instruction and Student-Centered Instruction”,
Proceedings of World Conference on Educational Multimedia,
ISSN 1932-8540 © IEEE
68
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Hypermedia and Telecommunications 2004, pp. 1438-1443.
Chesapeake, VA, 2004.
[7] C. Johnson, "Clickers in Your Classroom," Wakonse-Arizona ENewsletter, Vol. 3, No. 1, 2004.
[8] M. Martyn, “Clickers in the Classroom: An Active Learning Approach”.
Educause Quarterly, number 2, pp. 71-74, 2007.
[9] Guías docentes de la Escola Universitària d’Informàtica de Sabadell. .
[Online]. Disponible: http://eui.uab.cat/. Último acceso: febrero 2009.
[10] M. Prim, J. Oliver, V. Soler y J. Roig, “Wiki para la mejora del
aprendizaje en el diseño de circuitos digitales”. VII TAEE 2006,
Congreso sobre Tecnologías Aplicadas a la Enseñaza de la Electrónica,
Libro de resúmenes pp. 119-120, Madrid , 2006.
[11] Wiki de la asignatura de Sistemas Dgitales I [Online]. Disponible:
https://wiki.uab.cat/0809-ETI-SD1. Último acceso: marzo 2009.
Marta Prim es doctora en Informática 1996 por la
Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) y
profesora Titular de Universidad en el departamento
de Microelectrònica i Sistemes Electrònics (MISE) de
la UAB desde 2002. Vinculada a la enseñanza de
Sistemas Digitales y Metodología y Gestión de
proyectos, en el ámbito docente, y en análisis de datos
en el ámbito investigador. Desde el año 2000 ha
participado en diversos proyectos docentes y tiene publicados artículos sobre
metodología docente aplicada a la enseñanza en el área de las TIC.
Joan Oliver es profesor de Universidad desde el
año 1990 del área de Arquitectura y Tecnología de
Computadores. Su línea de investigación está
orientada al desarrollo de sistemas embebidos sobre
FPGAs. Desarrolla su tarea docente en el diseño de
sistemas digitales y encastados sobre FPGAs. Desde
el año 2000 ha participado en diversos proyectos
docentes y tiene publicados artículos sobre
metodología docente aplicada a la enseñanza en el
área de las TIC.
Vicenç Soler. Barcelona, España 1970. Doctor
Ingeniero en Informática 2007, Universitat
Autònoma de Barcelona (UAB). Investigador en el
Centro CIBER-BBN (Bioingeniería, Biomateriales
y Nanomedicina) desde 2007 y Profesor Asociado
en el Dept. de Microelectrònica i Sistemes
Electrònics (MISE) de la UAB desde 1997.
Vinculado a la enseñanza de Redes de ordenadores
y comunicaciones inalámbricas en el ámbito
docente, y en análisis de datos y comunicaciones inalámbricas en el ámbito
investigador.
ISSN 1932-8540 © IEEE
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
69
Tecnología de semiconductores orgánicos:
fabricación de dispositivos electrónicos en aulas
docentes
J. Puigdollers, C. Voz, P. Ortega, I. Martín, A. Orpella, R. Alcubilla
Title—Organic semiconductor technology: fabrication of
electronic devices in university classrooms.
Abstract—In this paper, we describe the activity developed
since 2005 at the Universitat Politecnica de Catalunya were
students fabricate their own electronic devices based on organic
semiconductors. The relative simplicity and low-cost of the
systems used to fabricate this kind of devices, together with the
harmless character of the processes and materials that are
involved, make this experience appropriate for University
classrooms. This activity is especially intended for students in
their last period of formation or coursing a master degree. It has
been designed as a guided laboratory work that also requires
some initiative and previous self-documentation by the students.
Therefore, this experience is well adapted in a natural manner to
the European Credit Transfer System (ECTS) established in the
European Higher Education Area (EHEA) framework.
Index Terms—Electronics engineering education, Thin film
devices,
Organic
compounds,
Semiconductor
device
manufacture.
I. INTRODUCTION
L
OS trabajos de laboratorio en las asignaturas de
dispositivos electrónicos consisten en general en la
simulación o caracterización eléctrica de dispositivos
comerciales. Difícilmente se aborda en dichas prácticas la
fabricación real de dispositivos electrónicos activos. En el
mejor de los casos, en asignaturas de tecnología puede
abordarse la fabricación de elementos pasivos como
resistencias o condensadores. Las razones son obvias, para la
fabricación de dispositivos electrónicos con unas prestaciones
eléctricas razonables se necesitan equipamientos que en la
mayoría de los casos no se disponen ni a nivel de
investigación en las universidades.
En la actualidad, la mayoría de los dispositivos comerciales
se fabrican utilizando semiconductores inorgánicos, tales
J. Puigdollers, C. Voz, P. Ortega, I. Martín, A. Orpella y R. Alcubilla son
profesores del Departamento de Ingeniería Electrónica de la Universidad
Politécnica de Cataluña, c/ Jordi Girona 1-3, Campus Nord C4, 08034
Barcelona. (corresponding author J. Puigdollers tel: +34 93 401 10 02, fax:
+34 93 401 67 56, e-mail: [email protected])
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
como el silicio, obteniéndose prestaciones electrónicas
excelentes. No obstante, en los últimos años ha habido un gran
interés en la obtención de dispositivos utilizando
semiconductores orgánicos para su aplicación en sistemas
electrónicos que requieran gran área y prestaciones
electrónicas no muy exigentes[1]. Actualmente es posible
fabricar dispositivos tan diversos como células solares
fotovoltaicas[2], transistores en capa delgada[3] o diodos
emisores de luz utilizando semiconductores orgánicos[4]. Esta
última aplicación está tan desarrollada que ya existen
dispositivos comerciales que incorporan pantallas OLED
(organic light emitting diode).
Existe una gran cantidad de semiconductores orgánicos y la
investigación en su síntesis ha experimentado un gran
progreso en los últimos años. En la actualidad es posible
sintetizar semiconductores orgánicos a la carta, es decir,
buscando unas propiedades predeterminadas de acuerdo con la
función de los dispositivos que se quieren fabricar. En
general, los semiconductores orgánicos pueden dividirse en
dos grandes familias según su estructura química: polímeros
(formados por largas cadenas de monómeros) y oligómeros
(formados por una o unas pocas moléculas). La obtención de
capas delgadas a partir de estos semiconductores es diferente
según estemos trabajando con polímeros o con moléculas
pequeñas. Para los polímeros el proceso habitual de depósito
es la técnica conocida como spin-coating. El proceso consiste
en obtener una disolución del polímero en un disolvente
orgánico que se vierte en una pequeña cantidad sobre el
substrato utilizado. Posteriormente se hace rotar el substrato a
gran velocidad, típicamente por encima de 1000 revoluciones
por minuto, distribuyéndose todo el líquido sobre su
superficie. Al evaporarse el disolvente se obtienen capas
delgadas bastante uniformes del polímero semiconductor con
grosores de centenares de nanómetros. Por el contrario, los
semiconductores orgánicos en pequeña molécula se depositan
mediante evaporación térmica en cámaras de vacío. Ambas
tecnologías permiten obtener dispositivos con notables
propiedades eléctricas. Tanto el spin-coating como la
evaporación en vacío son técnicas de depósito relativamente
sencillas, pueden comprenderse de forma intuitiva, y apenas
requieren formación previa para su utilización.
ISSN 1932-8540 © IEEE
70
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
En este artículo vamos a describir una serie de experiencias
piloto que se han realizado en la Universidad Politécnica de
Cataluña (UPC) para la titulación de segundo ciclo de
Ingeniería Electrónica en la asignatura Dispositivos
Electrónicos y Fotónicos 2. El contenido de esta asignatura
incluye la descripción del funcionamiento y tecnología de los
transistores de efecto de campo, los dispositivos de
heterounión, así como LEDs y células solares. Por tanto, la
fabricación de dispositivos basados en semiconductores
orgánicos se integra perfectamente en el temario de la
asignatura y permite que los alumnos conozcan las tendencias
Fig. 2. Los semiconductores orgánicos se pueden adquirir comercialmente de
forma relativamente sencilla (izquierda). En general, son totalmente inocuos
por lo que pueden manipularse sin precauciones especiales. A la derecha se
muestran capas delgadas de diferentes semiconductores orgánicos obtenidas
bien por evaporación en vacío o por spin-coating de disoluciones.
Así puede prescindirse de microscopios o micromanipuladores
que encarecerían la experiencia sin aportar ningún concepto
nuevo.
II. ESQUEMA DE LA PRÁCTICA
Fig. 1. En la parte superior se muestra la estructura de los transistores de
efecto de campo en capa delgada que se han fabricado utilizando pentaceno
como capa semiconductora. También se muestra la imagen de uno de los
dispositivos. En la parte inferior se muestra la estructura de un fotodiodo de
pentaceno, otro tipo de dispositivo que también se ha fabricado. Al lado
mostramos la estructura de la molécula de pentaceno formada por cinco
anillos de benceno.
más novedosas
electrónicos.
en
la
investigación
en
A continuación describiremos como se han desarrollado las
prácticas de laboratorio realizadas en las que se han fabricado
y caracterizado dispositivos electrónicos basados en
semiconductores orgánicos. Con la realización de este tipo de
prácticas se persiguen varios objetivos. Por una parte, los
alumnos participan activamente en la fabricación de un
dispositivo semiconductor, ya sea un transistor o un
fotodiodo. Posteriormente miden algunas de las características
eléctricas más relevantes: para el transistor la característica de
salida y para el fotodiodo la curva corriente-tensión, por
ejemplo. Las prestaciones obtenidas en los dispositivos
fabricados se comparan con las de dispositivos similares
reportados en la literatura científica. Así, podemos distinguir
las siguientes etapas o apartados en esta actividad:
dispositivos
En los trabajos de laboratorio realizados hasta ahora ya se
han fabricado tanto fotodiodos como transistores de efecto de
campo en capa delgada utilizando pentaceno (C22H14) como
semiconductor orgánico (Fig. 1). El pentaceno es una pequeña
molécula consistente en cinco anillos de benceno enlazados
formando una cadena aromática. Es uno de los
semiconductores orgánicos más estudiados por sus buenas
prestaciones eléctricas, por eso lo hemos escogido para la
fabricación de nuestros dispositivos. No obstante, en el futuro
para dar una mayor riqueza y diversidad a los experimentos se
prevé incorporar en estas experiencias pigmentos como la
ftalocianina de cobre (CuPc)[5] o el fulereno (C60)[6].
Cualquiera de los semiconductores orgánicos que se
consideran para este tipo de experiencias puede obtenerse
comercialmente de una forma relativamente sencilla (Fig. 2).
Por otra parte, los dispositivos que fabrican los alumnos se
diseñan de forma que tengan áreas de contacto
suficientemente grandes (del orden de unos milímetros) para
poder ser caracterizados y manipulados con cierta comodidad.
•
•
•
•
Descripción del proceso de fabricación
Fabricación de los dispositivos
Caracterización eléctrica
Análisis y discusión de los resultados
A continuación se describen en detalle los diferentes
apartados de la práctica.
A. Descripción del proceso de fabricación
Es conveniente dedicar una primera sesión a describir el
proceso de fabricación. En una presentación se muestra a los
alumnos la estructura de los dispositivos y se identifican las
distintas capas de materiales que deberán depositarse, tal y
como se mostraron en la figura 1. Se introduce la sencilla
tecnología que van a utilizar y se compara con los recursos
que necesitarían si quisiesen fabricar dispositivos basados en
los clásicos semiconductores inorgánicos como el silicio.
Posteriormente se visita el laboratorio y se presentan los
diferentes equipos que van a utilizar a lo largo de la práctica.
En particular se describe el funcionamiento de la evaporadora
ISSN 1932-8540 © IEEE
PUIGDOLLERS et al.: TECNOLOGÍA DE SEMICONDUCTORES ORGÁNICOS
y del spinner (Fig. 3). No es necesario extenderse demasiado
porque en las sesiones de fabricación tendrán tiempo de
familiarizarse con el uso de estos equipos. Si bien existe una
amplia documentación bibliográfica sobre las tecnologías de
depósito de materiales en capa delgada[7], no es necesario
profundizar en los fundamentos básicos de técnicas como el
spin-coating o la evaporación en vacío. Este no es el objetivo
principal de esta actividad y los procesos pueden entenderse
Fig. 3. A la izquierda se muestra el interior de la evaporadora que se utilizará
para depositar tanto las capas de semiconductor orgánico de pequeña
molécula como los contactos metálicos de los dispositivos. En primer plano
se observa el crisol de evaporación fabricado manualmente y las barras
roscadas que actúan como pasante de corriente. A la derecha se observa el
spinner comercial que utilizarán los alumnos para depositar el dieléctrico
PMMA de los transistores en capa delgada. En futuras experiencias el
spinner también se utilizará para depositar polímeros semiconductores.
de forma bastante intuitiva a partir de la explicación del
profesor.
B. Fabricación de los dispositivos
En cuatrimestres alternos se han fabricado fotodiodos y
transitores en capa delgada utilizando siempre pentaceno
como semiconductor orgánico para la capa activa de los
dispositivos. En el futuro se planea diversificar los trabajos de
manera que, en un mismo cuatrimestre, grupos de alumnos
fabriquen distintos tipos de dispositivos. Para dar todavía
mayor riqueza a la experiencia, se prevé además ir
incorporando paulatinamente nuevos semiconductores
orgánicos. Éstos materiales pueden obtenerse comercialmente
en forma de polvo apto para la técnica de evaporación de
compañías como Sigma–Aldrich (www.sigmaaldrich.com).
Los metales utilizados para los electrodos, aluminio u oro de
gran pureza, también pueden obtenerse comercialmente de la
compañía Goodfellow (www.goodfellow.com). Obviamente,
estas compañías se indican a modo de ejemplo y existen otras
que también pueden servir estos materiales. A continuación
pasamos a describir brevemente las tareas que realizan los
alumnos en las sesiones de fabricación de los dispositivos.
b.1) Fotodiodos de pentaceno
La estructura de los fotodiodos de pentaceno se muestra en
la parte inferior de la figura 1. Para la actividad en el
laboratorio, el alumno partirá de un sustrato de vidrio ya
recubierto previamente con un electrodo transparente. En
71
nuestro caso, utilizamos portaobjetos de microscopio con una
capa de ITO (óxido de estaño dopado con indio) depositada
por la técnica de pulverización catódica en nuestras propias
instalaciones de investigación. El ITO es un óxido conductor
de gran transparencia (transmisión óptica del 90% en el
visible) a la vez que elevada conductividad eléctrica
(resistividad menor de 1 mΩ·cm). Por motivos de tiempo y
complejidad este proceso queda fuera de la experiencia con
los alumnos, aunque sí se les explica el proceso de
preparación y se les enseña el equipo utilizado.
Alternativamente, también sería posible obtener directamente
substratos de este tipo comerciales, por ejemplo de la
compañía Sigma-Aldrich.
El trabajo inicial de los alumnos consistirá en practicar con
el equipo de evaporación y realizar algunos depósitos de
prueba tanto de capas de pentaceno como de aluminio (Fig. 4).
Los crisoles de evaporación se fabrican manualmente
moldeando piezas de chapa de molibdeno de 50 μm de
espesor que pueden obtenerse en ferreterías especializadas.
Las muestras de pentaceno depositadas sobre vidrio desnudo
se utilizan para medir la transmisión óptica y determinar, por
ejemplo, el gap del semiconductor. En las capas de aluminio
el profesor enseña a los alumnos a medir el espesor de las
capas metálicas por la técnica de perfilometría. Estas
actividades acostumbran a ocupar toda una sesión completa de
laboratorio.
En la siguiente sesión los alumnos ya podrán fabricar con
total confianza el dispositivo completo. El primer paso
consistirá en evaporar una capa de pentaceno de forma
controlada y a un bajo ritmo de depósito (<10 Å/s) sobre los
substratos de vidrio recubiertos con ITO. Posteriormente, la
evaporadora se prepara para evaporar aluminio y sobre la
muestra se coloca una máscara de sombra para definir el área
de los dispositivos. En nuestro caso hemos utilizado máscaras
de sombra fabricadas en nuestros propios laboratorios, aunque
también es posible adquirirlas comercialmente de compañías
especializadas (www.labelcomat.be) o incluso fabricarlas a
partir de láminas metálicas no muy gruesas y minibrocas de
Fig. 4. Grupo de alumnos familiarizándose con el uso del equipo de
evaporación en vacío. Habitualmente se realizan ensayos para obtener capas
de pentaceno y de aluminio sobre substratos de vidrio antes de fabricar el
dispositivo completo.
ISSN 1932-8540 © IEEE
72
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
pequeño diámetro. El contacto ITO/pentaceno es de tipo
óhmico mientras que el contacto rectificador se forma en la
unión pentaceno/aluminio.
b.2) Transistores en capa delgada de pentaceno
La estructura de los dispositivos fabricados se muestra en la
parte superior de la figura 1. Como se ha comentado
anteriormente, la primera sesión se dedica a que los alumnos
se familiaricen con el uso de los equipos. En este caso, además
de la evaporadora los alumnos utilizarán el spinner para
expandir el dieléctrico polimérico polimetil metacrilato
(PMMA) sobre el electrodo de puerta. En cualquier caso, la
técnica de spin-coating es extraordinariamente sencilla y
apenas introduce complejidad adicional. En cambio el proceso
es muy visual y resulta atractivo para los alumnos.
En la siguiente sesión de fabricación los alumnos
dispondrán directamente de un substrato de vidrio sobre el que
se ha evaporado previamente una capa metálica que actuará
como electrodo de puerta (Gate). De esta manera se gana algo
de tiempo y, en cualquier caso, este paso no es importante
porque los alumnos volverán a evaporar metales
posteriormente para obtener los electrodos del dispositivo. En
primer lugar los alumnos deberán obtener por spin-coating
una capa uniforme de PMMA que actuará como dieléctrico de
puerta. Posteriormente, utilizando una máscara de sombra para
aislar entre sí los dispositivos evaporarán una capa de
pentaceno. Finalmente, con la máscara girada 90º depositarán
los contactos de drenador (Drain) y fuente (Source) también
por evaporación térmica de oro en este caso. El dispositivo así
obtenido se comporta como un transistor en capa delgada de
canal p. En próximas actividades también se introducirán
nuevos substratos como papel de aluminio que actuará
directamente como electrodo de puerta, así como plásticos
metalizados que permitirán fabricar dispositivos flexibles (Fig.
5). Las pruebas realizadas con este tipo de substratos han sido
Fig. 5. Nuevos substratos que se incorporarán en el futuro como opciones de
bajo coste en las experiencias de laboratorio. Por un lado, papel de aluminio
que puede actuar directamente como substrato y electrodo de puerta.
Alternativamente, láminas de plástico metalizadas para obtener dispositivos
flexibles. Las pruebas previas realizadas han tenido éxito, por lo que estos
substratos pueden comenzar a utilizarse en los próximos cuatrimestres en que
de nuevo se realice la experiencia.
positivas por lo que prevemos incorporar próximamente este
aspecto novedoso en las experiencias de laboratorio.
C. Caracterización eléctrica
Una vez fabricados los dispositivos, la siguiente sesión se
dedica a una caracterización eléctrica básica. Para ello
disponemos de un trazador de características HP4145 y de
unas sencillas puntas de contacto adquiridas en Microbyte
(www.microbyte.es). El tamaño del orden de milímetros de
los dispositivos permite contactarlos sin necesidad de
microscopio y tampoco se requiere una mesa de prueba
específica. Los alumnos están relativamente habituados a la
medida de características eléctricas por lo que esta actividad
no les resulta complicada. De todos modos, una vez
Fig. 6. Característica corriente-tensión del fotodiodo de pentaceno medida en
oscuridad. Se puede observar como el electrodo de ITO actúa como ánodo
del dispositivo mientras que el contacto metálico superior de aluminio es el
cátodo del fotodiodo.
contactados los dispositivos el sistema de medida está
completamente automatizado y es muy sencillo obtener las
características eléctricas.
Las principales medidas a realizar dependerán del
dispositivo que se está estudiando. En el caso del fotodiodo
nos fijaremos en la característica corriente-tensión medida en
oscuridad que muestra un evidente efecto rectificador (Fig. 6).
A partir de ella los alumnos determinarán la corriente de
saturación del diodo, su factor de idealidad, las resistencias
parásitas serie y paralelo, etc. En el futuro podría incorporarse
la medida bajo iluminación e incluso la respuesta espectral del
dispositivo si se consigue desarrollar un sistema de bajo
presupuesto. En el caso de los transistores en capa delgada, la
curva más significativa que miden los alumnos es la
característica de salida del transistor que se muestra en la
figura 7. También puede obtenerse fácilmente y sin necesidad
de equipos adicionales la característica de transferencia y la de
saturación. Esta última es interesante porque a partir de ella
los alumnos calcularán parámetros como la tensión umbral y
ISSN 1932-8540 © IEEE
PUIGDOLLERS et al.: TECNOLOGÍA DE SEMICONDUCTORES ORGÁNICOS
Fig. 7. Característica de salida del transistor en capa delgada de pentaceno.
Los alumnos pueden identificar las zonas de corte, linealidad y saturación tal
y como se les ha explicado en la parte de teoría para los transistores de efecto
de campo.
73
completamente operativos basados en la nueva tecnología
electrónica de semiconductores orgánicos. Se ha demostrado
que la fabricación en aulas de laboratorio de dispositivos tales
como transistores o diodos es relativamente sencilla y,
sobretodo, viable económicamente si se utilizan materiales
orgánicos como semiconductores activos. Esta aproximación
permite que los alumnos participen en todo el proceso de
obtención y caracterización del dispositivo, lo que se traduce
en una mejor comprensión de todas las etapas involucradas.
La actitud y la motivación de los alumnos en esta novedosa
experiencia ha resultado excelente, aunque actualmente la
limitación de recursos impide su implantación definitiva para
todos los grupos de la asignatura. El nivel de satisfacción con
el trabajo de laboratorio fue mucho mayor en los alumnos que
realizaron estas prácticas de fabricación real de dispositivos
que los que sólo simularon dispositivos con un programa
comercial, aunque no hubiera necesariamente una correlación
la movilidad de efecto de campo, parámetros relevantes de
cara a posibles aplicaciones de esta tecnología.
D. Análisis y discusión de los resultados
Una buena manera de finalizar esta actividad es una última
sesión donde los alumnos puedan poner en común los
resultados obtenidos por cada uno de los diferentes grupos de
trabajo. Para enriquecer estas sesiones de discusión también se
ha propuesto a los alumnos un pequeño trabajo de
investigación sobre las posibles aplicaciones prácticas de
dispositivos electrónicos como los que han realizado. En esta
parte es conveniente una guía del profesor a la hora de buscar
material bibliográfico que puede consistir en artículos
científicos o de divulgación de las nuevas tendencias en
tecnología electrónica. También es un buen momento para
comparar las prestaciones de estos dispositivos con los que
pueden obtenerse comercialmente basados en tecnología de
silicio. Sin duda, las sesiones de discusión de resultados serán
mucho más interesantes cuando en próximas actividades los
distintos grupos de trabajo fabriquen dispositivos diferentes e
incluso utilicen semiconductores orgánicos diferentes.
III. CONCLUSIONES
En la asignatura Dispositivos Electrónicos y Fotónicos 2, en
la titulación de segundo ciclo Ingeniería Electrónica ofrecida
por la UPC, desde el curso 2005/06 se han realizado diferentes
pruebas piloto de la actividad de laboratorio que aquí se ha
descrito. Estas pruebas se han realizado con un grupo de
laboratorio en cada cuatrimestre (máximo 16 personas) que a
su vez se divide en grupos de trabajo más pequeños (máximo
4 personas). En esta actividad los alumnos fabrican con la
supervisión del profesor diferentes dispositivos electrónicos
Fig. 8. Alumno explicando un uso habitual de los transistores en capa
delgada como dispositivo de direccionamiento en pantallas planas. Aquí, por
ejemplo, podría discutirse la limitación en las velocidades de refresco de
pantalla que introduciría un dispositivo orgánico.
directa con la evaluación final de la asignatura.
AGRADECIMIENTOS
Los autores de este trabajo agradecen a la Escola Tècnica
Superior d’Enginyeria de Telecomunicació de Barcelona
(ETSETB) de la UPC la ayuda recibida para la implantación
de esta actividad de laboratorio. También agradecemos la
financiación del programa Consolider HOPE CSD2007-00007
y de la red XaRMAE de la Generalitat de Cataluña.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
J. Puigdollers, C. Voz, I. Martín, A. Orpella, M. Vetter, R. Alcubilla,
“Organic electronic devices: overview and future trends”, 2005 Spanish
Conference on Electron Devices. Proceedings (IEEE Cat. No. 05EX965)
2005, pag. 11-14.
H. Hoppe, N.S. Sariciftci, “Organic solar cells: An overview”, J. Mater.
Res., Vol. 19, No. 7, July 2004, Pages 1924-1941
A. Dodabalapur, “Organic and polymer transistors for electronics”,
Materials Today, Volume 9, Issue 4, April 2006, Pages 24-30
ISSN 1932-8540 © IEEE
74
[4]
[5]
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Adachi, C., Baldo, M. A., Thompson, M. E. & Forrest, S. R. Nearly
100% internal phosphorescence efficiency in an organic light-emitting
device. J. Appl. Phys. 90, 5048–5051 (2001)
J. Puigdollers, C. Voz, M. Fonrodona, S. Cheylan, M. Stella, J. Andreu,
M. Vetter, R. Alcubilla, “Copper phthalocyanine thin-film transistors
with polymeric gate dielectric”, Journal of Non-Crystalline Solids,
Volume 352, Issues 9-20, June 2006, Pages 1778-1782
[6]
[7]
C. Voz, J. Puigdollers, S. Cheylan, M. Fonrodona, M. Stella, J. Andreu,
R. Alcubilla, “Photodiodes based on fullerene semiconductor”, Thin
Solid Films, Volume 515, Issue 19, July 2007, Pages 7675-7678.
D. Smith, “Thin-film deposition: principles and practice”, McGraw-Hill
(1995) ISBN 0-07-113913-3.
Joaquín Puigdollers nació en Cardedeu (BarcelonaEspaña) en 1965. Recibió el título de Licenciado en
Ciencias Físicas en 1989 y el de Doctor en Física en
1995. Actualmente es profesor titular en el
Departamento de Ingeniería Electrónica de la UPC e
imparte docencia en la ETSETB. Su principal
actividad investigadora actual se centra en el
desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos basados
en semiconductores orgánicos y en la tecnología de
dispositivos fotovoltaicos.
Cristóbal Voz nació en Sabadell (España) en 1972.
Recibió el título de Licenciado en Ciencias Físicas en
1997 y el de Doctor en Física en 2001. Actualmente
es profesor titular en el Departamento de Ingeniería
Electrónica de la UPC e imparte docencia en la
ETSETB. Su principal actividad investigadora actual
se centra en la fabricación de células solares de
heterounión entre silicio amorfo y cristalino, así como
en la tecnología electrónica con semiconductores
orgánicos.
Pablo R. Ortega nació en Barcelona (España) en
1966. Recibió el título de Ingeniero Técnico
Superior y Doctor en Telecomunicación por la
Universidad Politécnica de Cataluña en 1991 y
2000, respectivamente. Actualmente es profesor
titular en el Departamento de Ingeniería Electrónica
de la UPC e imparte docencia en la ETSETB. Su
actividad investigadora actual se centra en la
fabricación, caracterización y simulación de
dispositivos fotovoltaicos y en el desarrollo de
nuevas aplicaciones para esta tecnología.
ISSN 1932-8540 © IEEE
Isidro Martín nació en Avila (España) en 1975.
Recibió el título de Ingeniero Técnico Superior y
Doctor en Telecomunicación por la Universidad
Politécnica de Cataluña en 1999 y 2004,
respectivamente. Actualmente es profesor titular en el
Departamento de Ingeniería Electrónica de la UPC e
imparte docencia en la ETSETB. Su principal
actividad investigadora actual se centra en la
pasivación superficial del silicio cristalino y en la
fabricación de células solares de alta eficiencia.
Alberto Orpella nació en Barcelona (España) en
1970. Recibió el título de Ingeniero Técnico Superior
y Doctor en Telecomunicación por la Universidad
Politécnica de Cataluña en 1995 y 1999,
respectivamente. Actualmente es profesor titular en el
Departamento de Ingeniería Electrónica de la UPC e
imparte docencia en la ETSETB. Su principal
actividad investigadora actual se centra en la
tecnología de fabricación de células solares
fotovoltaicas.
Ramón Alcubilla nació en Reus (España) en 1958.
Recibió el título de Ingeniero Técnico Superior en
Telecomunicaciones en 1981 por la Universidad
Politécnica de Cataluña y el de Docteur Ingenieur
por la Université Paul Sabatier en 1985.
Actualmente es profesor titular en el Departamento
de Ingeniería Electrónica de la UPC. Su actividad
investigadora incluye la tecnología de células
solares fotovoltaicas, los dispositivos electrónicos
basados en semiconductores orgánicos y la
obtención de silicio macroporoso.
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
75
Sistema inalámbrico para aplicaciones
Domóticas
M.C. Rodríguez-Sanchez, J. A. Hernández-Tamames y S. Borromeo
Title—Wireless System for Home appliances
Abstract— This paper describes the objectives and contents of
the course “Hardware para Domótica” within the master
“Sistemas Telemáticos e Informáticos” from Rey Juan Carlos
University. Our main aim is based on learning to solve a real
problem with the development of a real system. We propose a
Wireless Control System to turn on and turn off light bulbs. The
system is composed of a Bluetooth module, a microcontroller and
an application for mobile telephone to control light by wireless
communications. As result of the course that is essentially
practical, students improve theoretical knowledge previously
acquired during their degree. In conclusion, they may apply this
knowledge in future wireless and home appliances.
Index Terms—Educational Innovation, Radio Communication,
Home appliances.
I. INTRODUCCIÓN
E
N este artículo se presenta la asignatura de “Hardware
para Domótica”. Es de carácter obligatorio para alumnos
del master Oficial en “Sistemas Telemáticos e Informáticos”
de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) [1]. Este master es
uno de los primeros master oficiales de España en el área de
la Ingeniería y de Telecomunicación. Tiene concedida la
mención de calidad de la ANECA para el curso 2007-2008, y
está dirigido a titulados de las Ingenierías en Informática y de
Telecomunicación. Se ha diseñado la asignatura para
proporcionar una formación especializada, pero no de nicho,
que permita al alumno adquirir uno de los perfiles
profesionales más demandados a corto y medio plazo por la
sociedad y por el mercado laboral en el ámbito de las
Ingenierías Informática y de las Ingenierías de
Telecomunicación.
Todos los alumnos del master adquirirán una formación
común en sistemas embebidos, sistemas ubicuos, hardware
para domótica, interacción persona ordenador y arquitecturas
de tipo software. La asignatura que presentamos en este
trabajo, “Hardware para Domótica” es semestral con una
carga lectiva de 4,5 créditos ECTs (1,5 créditos teóricos y 3
créditos prácticos).
Tradicionalmente, la formación universitaria tiene un cariz
conceptual que, en algunas ocasiones, no se corresponde con
la realidad práctica del mundo profesional. En este artículo se
presenta una asignatura adaptada a los nuevos planes de
Bolonia [2]. La educación centrada en el aprendizaje y la
planificación basada en el alumnos son uno de los paradigmas
de las nuevas enseñanzas en el marco del EEES. El diseño de
la asignatura que aquí se presenta pretende cumplir con esos
dos objetivos. Por un lado, y en línea con la filosofía de los
créditos ECTS, donde las horas de trabajo del alumno se
contabilizan tanto las presenciales como las que emplea el
alumnos fuera de las horas lectivas, se fomenta la implicación
del alumno con la asignatura fuera del horario lectivo clásico.
Para ello, se ofrece a los alumnos unas guías auto-contenidas
que facilitan el auto-estudio. Además al alumno se le facilita
el acceso al material práctico necesario para poder
implementar el sistema fuera del laboratorio a modo de kit con
todos los componentes que va a necesitar. así como todo el
material . Existen trabajos referentes a este tema donde se
propone una mejora en la formación de los alumnos en
asignaturas de este tipo [3][4]. La metodología didáctica
elegida se basa en la que el alumno aprende los conceptos de
la asignatura mediante la realización de un proyecto o
resolución de un problema adecuadamente diseñado y
formulado por el profesor, es decir, aprendizaje basado en
proyectos.
Fig. 1: Sistema de control utilizando un microcontrolador y un chip Bluetooth
para el control de un sistema de iluminación mediante un terminal móvil.
MCristina Rodríguez-Sanchez is with the Electrical Engineering
Department, University of Rey Juan Carlos, c/ Tulipán s/n, 28933, Móstoles,
Madrid, Spain. E-mail: [email protected]
J. A. Hernández Tamames is with the Electrical Engineering Department,
University of Rey Juan Carlos, c/ Tulipán s/n, 28933, Móstoles, Madrid,
Spain. E-mail: [email protected]
S. Borromeo is with the Electrical Engineering Department, University of
Rey Juan Carlos, , c/ Tulipán s/n, 28933, Móstoles, Madrid, Spain. e-mail:
[email protected]
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
Las tecnologías inalámbricas han adquirido una importancia
creciente debido a su bajo coste y su facilidad de instalación
sin obras en el ámbito de la domótica. Siguiendo las
indicaciones de los informes de ACM (Association for
Computing Machinery) e IEEE (Institute of Electrical and
Electronics Engineers) [5][6] sobre el desarrollo de guías
curriculares de programas docentes de titulaciones
ISSN 1932-8540 © IEEE
76
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
relacionadas con las TIC (Tecnologías de la Información y
Comunicaciones), que recomiendan la introducción de nuevos
contenidos docentes que incorporen aspectos que supongan
cambios relevantes en el ámbito profesional se ha incluido
como uno de los contenidos básicos de la asignatura.
El uso de estándares como Bluetooth, abre la posibilidad al
empleo de otro tipo de aplicaciones, no sólo restringidas al
campo de la domótica, sino también aplicaciones en el entorno
hospitalario, turístico, marketing, etc... Este uso
contextualizado de la tecnología genera en el alumno un alto
grado de motivación y un fuerte acicate. Su esfuerzo se ve
recompensado al conseguir resultados tangibles rápidamente.
El objetivo final de la asignatura es el diseño e
implementación de un sistema real. En concreto, un sistema de
control inalámbrico para el encendido y apagado de unas
bombillas, utilizando un dispositivo móvil, teléfono o PDA.
Además, siguiendo con las directrices de Bolonia, el
alumno trabajará en un entorno cooperativo. Es decir, la
práctica final de la asignatura se realizará en grupo. Cada
miembro del grupo deberá trabajar de manera
complementaria, analizando qué partes realizará cada alumno
sobre cada uno de los hitos de los bloques de la práctica, del
tal modo que, se cumpla con éxito el desarrollo del sistema
final.
TABLA I
PROGRAMA DE “HARDWARE PARA DOMÓTICA” DEL MASTER EN “SISTEMAS
TELEMÁTICOS E INFORMÁTICOS” DE LA UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS
Tipo
Teoría
Prácticas
Bloques
Temáticos
Duración
Contenidos
Introducción a la
domótica
3h
Sensores y
actuadores
5h
Autómata
programable
7h
Configuración de
un chip Bluetooth
Microcontrolador
es en
comunicaciones
inalámbricas
2,5h
Aplicación J2ME
2h
4h
Integración del
Sistema
5h
Domótica Digital.
Electrónica en la
Domótica.
Medios de Transmisión.
Sensores y
acondicionamiento de
Señal.
Conversiones A/D y D/A.
Actuadores en
Domótica.
Sistemas Embebidos para
Domótica
Microcontrolador
PIC16F876
Control de Sistemas
Control del chip mediante
comandos AT vía PC.
Programación USART del
pic.
Autómata programable de
control domótico
inalámbrico.
Programación en J2ME
Comunicar el teléfono
móvil y el autómata
programable de control
domótico inalámbrico.
Diseño, fabricación y
montaje en PCB [3].
Integración de los 4
bloques.
Pruebas del sistema.
II. METODOLOGÍA
Como ya se ha comentado con anterioridad, la metodología
utilizada se basa en el aprendizaje basado en proyectos. Para
ello, como metodología docente se han empleado tanto clases
magistrales como clases prácticas. En las primeras el alumno
adquirirá los conocimientos teóricos que completarán los que
ha aprendido en la carrera. Las clases prácticas se impartirán
en el laboratorio donde el alumno trabajará en grupo (dos o
tres miembros). De este modo se fomenta su capacidad de
trabajar en equipo, que es un elemento básico para mejorar su
aprendizaje y que, deberá fomentar en el resto del master.
Con el objetivo de facilitar el trabajo del alumno fuera del
horario lectivo, se le facilitará de manera on-line toda la
documentación necesaria desde la página Web de la
asignatura [8]. Para ello el alumno tendrá que registrarse vía
e-mail y ser agregado en una lista de distribución de la
asignatura. Así pueden recibir noticias asociadas a la
asignatura, entregas de prácticas, evaluación, resolución de
dudas vía e-mail, etc.
La evaluación que se explicará con más detalle en el
apartado siguiente, está basada en hitos. La realización del
proyecto y objetivo de la asignatura se ha dividido en bloques
funcionales. A su vez, cada de ellos se ha dividido en distintos
hitos que deberán de manera correcta para que los alumnos
sean evaluados positivamente y poder aprobar la asignatura.
III. CONTENIDOS
En la Tabla I se muestra el contenido de los bloques
funcionales de la parte teórica y de la parte práctica.
Se pretende dotar a los alumnos con los bloques teóricos
de los conocimientos mínimos que les permitan conocer las
bases de las tecnologías que son objeto de la asignatura. Para
ello, en primer lugar, se hará una introducción al concepto de
3,5h
5h
5h
3h
domótica. A continuación, se hace un breve repaso a los
distintos tipos de sensores y actuadores, los circuitos de
acondicionamiento y las conversiones A/D y D/A.
Finalmente, el tema de autómatas programables estará
orientado a que el alumno adquiera conocimientos de los
sistemas embebidos y del uso de microcontroladores para la
implementación de los mismos.
En la parte práctica se proponen cuatro bloques temáticos
en los que cada grupo de alumnos va desarrollando de manera
progresiva las diferentes fases que permiten implementar el
sistema completo. A continuación, describiremos los objetivos
específicos que se pretenden cubrir con cada uno de los
bloques prácticos y las competencias que adquirirá el alumno:
y Bloque 1.
Configuración y Control de un Chip
Bluetooth. El objetivo de este bloque es la configuración
y control de un chip Bluetooth mediante comandos AT y
utilizando un PC. El módulo utilizado es el WRAP
THOR 2022-1B2B [9][10] de Bluegiga. Hay que señalar
que el objetivo de la asignatura no es que el alumno
tenga que implementar la pila Bluetooth, sino que el
alumno sea capaz de utilizar un módulo Bluetooth. Con
este primer bloque el alumno podrá comprobar que el
uso de comandos AT permite una rápida y sencilla
utilización del chip Bluetooth, sin necesidad de, tener
que implementar la pila entera del protocolo. Ya que en
la asignatura no se busca tal objetivo, sino que sea capaz
ISSN 1932-8540 © IEEE
RODRÍGUEZ, HERNÁNDEZ Y BORROMEO: SIST. INALÁMBRICO PARA APLICACIONES DOMÓTICAS
y
y
y
de utilizar el chip en base a los requisitos del sistema que
se le pide desarrollar.
Bloque 2: Concepto de sistema embebido. Uso de un
microcontrolador como elemento de control. Como ya se
ha comentado, los alumnos han aprendido a configurar el
chip Bluetooth en el bloque 1. En este bloque se
introduce el concepto de sistema embebido y el como
elemento de control para configurar y controlar el
módulo Bluetooth. En esta parte el microcontrolador y
Chip Bluetooth, forman el núcleo del sistema embebido,
el cual, tendrá integrado el control para el encendido y
apagado de las bombillas de manera inalámbrica.
Bloque 3: Desarrollo de aplicaciones en un dispositivo
móvil. Para interactuar con el sistema de control es
necesario el desarrollo de una aplicación que se ejecute
en un dispositivo móvil y que envíe eventos a la placa de
control para solicitar cambiar el estado de las bombillas.
Se propone la opción de emplear J2ME [11] que, entre
otras particularidades, tiene la capacidad de ser portable
a los diferentes dispositivos móviles.
Bloque 4: Integración y pruebas del sistema. Los bloques
previos han permitido un desarrollo modular y gradual
del sistema. En esta fase se integran todos ellos y se
realizan las pruebas que nos permitan validar el sistema
conforme a las especificaciones iniciales planteadas.
IV. DESARROLLO DEL SISTEMA
El sistema completo ha de permitir el encendido y apagado
de un dispositivo de iluminación utilizando una comunicación
inalámbrica e inteligente. El diseño funcional por bloques está
resumido en la Fig. 2.
Objetivo
El objetivo principal es que el alumno se familiarice con un
modulo Bluetooth a un nivel de configuración, que será
necesario para el siguiente bloque. Utilizando el PC como
interfaz de acceso físico.
Los parámetros de Bluetooth a configurar serán los
siguientes:
• Nombre del dispositivo.
• PIN para autenticación.
• Clase del dispositivo (cobertura).
• Activación del profile. En nuestro caso hay que elegir
“SPP” que permite una comunicación serializada,. para
recibir
• peticiones encendido/apagado de
• bombillas.
• Habilitar la conexión al servicio “SPP” del chip
identificado por un nombre asociado a su función de
encendido inalámbrico
• Tasa de transferencia a 9600 baudios.
• Tamaño de los paquetes de datos Bluetooth requerida para
la comunicación.
Estos parámetros se enviarán de manera serializada
conectando únicamente el modulo de la Fig. 3 al kit de la Fig.
4, y éste a su vez, al ordenador de prácticas de cada grupo.
Estos comandos se enviarán utilizando el “hiperterminal” en
forma de comandos AT, indicados, los cuales están indicados
por el fabricante. Un ejemplo se muestra en la Fig. 5.
Material
El alumno tendrá a su disposición el siguiente material
necesario para realizar este bloque:
• Módulo Bluetooth de BlueGiga WRAP THOR 2022-1B2B
[5] (ver Fig. 3) y la hoja de especificaciones.
• Kit de conexón serie Bluetooth para PC (ver Fig. 4).
• Hiperterminal para PC (ver Fig. 5).
• Material didáctico: enunciado guiado de la práctica.
Fig. 2: Diagrama de bloques a realizar en la asignatura.
La evaluación de las prácticas se divide en los cuatro
bloques propuestos para las clases prácticas, y a su vez, cada
bloque se ha valorado en función de distintos hitos que el
alumno debe cumplir. A continuación, se explican los hitos a
evaluar, materiales y métodos empleados en cada uno:
A. Bloque 1: Configuración del chip Bluetooth utilizando
un PC.
En este bloque cada grupo tendrá que realizar los pasos
necesarios para la configuración de un chip Bluetooth
utilizando una comunicación serie con un ordenador del que
dispondrá en el aula de prácticas.
77
Fig. 3: Chip de Bluetooth empleado en las prácticas.
Fig. 4: kit de conexión serie para el chip Bluetooth – PC.
ISSN 1932-8540 © IEEE
78
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
través de la UART de ambos. Es decir, se prescindirá del uso
del PC para comunicarnos con el módulo Bluetooth y
conseguir mayor autonomía, inteligencia y portabilidad para el
sistema.
El PIC que se utiliza es el PIC16F876 [8] que hará las veces
de unidad de control del sistema receptor inalámbrico. Es
decir, será el encargado de atender las peticiones que llegan al
módulo Bluetooth, procesarlas, analizarlas y actuar en función
del evento recibido (apagar, encender una bombilla o
preguntar por el estado de las bombillas).
Los periféricos controlados por el PIC son el módulo
Bluetooth y unos led’s (que simularán el encendido de las
bombillas).
Material
Fig. 5: Ejemplo de configuración utilizando un hiperterminal.
El kit para el bloque 1 ha sido desarrollado por el
“Departamento de Tecnología Electrónica” de la Universidad
Rey Juan Carlos en el “Laboratorio de Diseño de Circuitos
Digitales y Tecnología Electrónica (LabTEL)” cofinanciado
por la Comunidad de Madrid. Consiste básicamente en un
conector RS232 para PC, otro conector para el módulo
Bluegiga y una entrada para la alimentación. De este modo el
alumno puede comunicarse con el chip desde una conexión
serie con el PC.
Evaluación
La evaluación de este bloque 1 se ha dividido en tres hitos:
• Hito 1.1: Correcta configuración del puerto serie para la
comunicación con el Kit de las prácticas.
• Hito 1.2: Configuración de los parámetros exigidos en este
bloque del chip BT a través de comandos AT.
• Hito 1.3: Evaluación de los parámetros necesarios para
modificar el radio de cobertura en función de las tres
clases de Bluetooth (1 metro, 10 metros y 100 metros).
• Hito 1.4: Chat Bluetooth entre los grupos de las prácticas.
Los alumnos serán capaces de intercambiar mensajes vía
radio con otros compañeros de clase en tiempo real
utilizando el “hiperterminal” como Interfaz del Chat.
B. Bloque 2: Automatización de la configuración y control
del módulo Bluetooth.
Se introduce al alumno en la programación a bajo nivel de
los microcontroladores utilizando ensamblador. Para tal fin se
utilizará el entorno de desarrollo MPLAB IDE®[7].
Objetivo
El objetivo de este bloque consiste en el desarrollo de un
programa en ensamblador que realice la correcta
comunicación con el Chip Bluetooth para la configuración a
través del envío de comandos AT. Además, se deberá
implementar un mecanismo que controle los comandos
recibidos de manera inalámbrica para cambiar o consultar el
estado de las bombillas, ver Tabla II. El entorno MPLAB
dispone de una herramienta de depuración muy fácil e
intuitiva. Además, permite simular el envío y recepción de
comandos por la UART del pic.
En las fases de este bloque el alumno deberá gestionar los
comandos AT para comunicar el PIC con el chip Bluetooth a
TABLA II
EJEMPLOS DE COMANDOS
Comando
Descripción
@11
Encender Bombilla 1.
@21
Encender Bombilla 2.
@10
Apagar Bombilla .
@20
Apagar Bombilla 2.
@10
Apagar Bombilla 1.
@?
Estado de las bombillas.
El material necesario para la realización de este bloque
corresponde a los siguientes componentes:
• Hoja de especificaciones del PIC16f876 [12].
• Entorno de desarrollo gratuito MPLAB v8.10 [13].
• Comandos de configuración de la práctica anterior.
• Material didáctico: enunciado guiado de la práctica y pautas
de programación de la UART.
Evaluación
La evaluación de este bloque se ha dividido en los siguientes
hitos:
• Hito 2.1: Comunicación de ambas UART.
• Hito 2.2: Implementación del control para el envío de
comandos AT del bloque 1 vía UART.
• Hito 2.3: Control de los eventos de las comunicaciones
inalámbricas.
• Hito 2.4: Controlar el módulo de actuación para encender o
apagar las bombillas. Gestión de los comandos recibidos
por Bluetooth.
• Hito 2.5: Correcta simulación en el entorno de desarrollo.
C. Bloque 3: Programación en J2ME para dispositivos
móviles.
El alumno tiene que implementar un programa que se
utilizará para ser instalado en un teléfono móvil ó PDA y que,
servirá para comunicarse con el módulo de control del bloque
anterior.
ISSN 1932-8540 © IEEE
RODRÍGUEZ, HERNÁNDEZ Y BORROMEO: SIST. INALÁMBRICO PARA APLICACIONES DOMÓTICAS
Objetivo
El objetivo de este bloque es que la aplicación J2ME debe
implementar las funcionalidades necesarias para buscar el
sistema inalámbrico, conectarse a él y enviarle los comandos
vía Bluetooth necesarios para controlar las bombillas (el tipo
de comandos Bluetooth fue definido en el bloque anterior en
la tabla II).
Material
En la realización de este bloque el alumno tendrá a su
disposición:
• Guión de prácticas.
• Software gratuito J2ME Wireless Toolkit.
• Teléfono móvil con Java y Bluetooth.
• Aplicación de ejemplo más una sesión guiada de proyectos
J2ME para Bluetooth en las clases de prácticas.
• Material del bloque 2.
Fig. 6: Ejemplo de simulación de una aplicación móvil con el entorno J2ME
Wireless Toolkit.
El entorno de desarrollo utilizado dispone de una
herramienta de simulación que permite comprobar el correcto
funcionamiento de este bloque. En la Fig. 6 se muestra un
ejemplo de simulación de la práctica donde se encienden y
apagan los “gifs” que simulan las bombillas en función de los
comandos enviados por Bluetooth.
Evaluación
La evaluación de este bloque se ha dividido en dos hitos:
• Hito 3.1: Desarrollo de un programa en J2ME que se
comunique con el Kit de las prácticas y solicite el
encendido/apagado de las bombillas.
• Hito 3.2: Envío de un comando que pregunte por el estado
79
de las bombillas que se encuentran encendidas o
apagadas.
• Hito 3.3: Instalación correcta en un terminal móvil y probar
el correcto funcionamiento de comunicación con la placa
de evaluación del profesor.
A. Bloque 4: Integración y pruebas del sistema.
Este bloque consiste en la integración del sistema completo
por parte de cada uno de los grupos de prácticas. Será
validado por el profesor comprobando que el trabajo cumple
con las exigencias requeridas.
En la realización de este bloque el profesor ofrece una serie
de sesiones guiadas donde mostrará cómo integrar las distintas
partes en un sistema final, como diseñar el esquemático que
integrará todas las partes y cómo se fabricará.
Objetivo
En este Bloque se seguirán 4 fases para la completitud del
sistema y que vienen reflejadas en la Fig. 7.
El profesor de la asignatura supervisará todas las fases
realizadas por el alumno.
La primera fase consiste en el diseño de los esquemáticos
para la realización de la placa de control; la segunda,
realización del gerber necesario de la placa final; la tercera,
sesión en el laboratorio donde se explica al alumno cómo
importar los ficheros del paso anterior para fabricar la placa y
cómo soldar los componentes necesarios; por último, el
resultado será el “kit completo domótico de HWD”.
Material
En este bloque el material que se pondrá a disposición del
alumno será:
• Sesión guiada en el laboratorio para el diseño del esquema
de una placa con todas las funcionalidades integradas.
• Batería para alimentar el circuito.
• Programador de Pics para grabar el programa realizado en
el bloque 2.
• Distribución PCAD gratuita con tres meses de prueba.
El kit completo de la práctica para domótica ha sido
desarrollado también por el “Departamento de Tecnología
Electrónica” de la Universidad Rey Juan Carlos en el
LabTEL. Cada grupo tendrá a su disposición uno propio para
poder trabajar en este último bloque.
Esta placa final se compone de diversos módulos hardware:
• Módulo de alimentación.
• Zócalo para insertar: PIC16F876.
• Conector Hirose para conectar el módulo Bluegiga.
• Simulación de encendido de bombillas mediante Led’s.
• Comunicación RS232 con un PC: con el microcontrolador y
con el chip Bluetooth. Esto permite tener un modo que
permita depurar la correcta comunicación entre el
microcontrolador y el modulo de comunicaciones
Bluetooth utilizando el puerto serie del ordenador. Nota:
Obviamente para el sistema final no hace falta tener
conectado este módulo de depuración ya que no requerirá
de ninguna otra comunicación física para funcionar
correctamente.
ISSN 1932-8540 © IEEE
80
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
• Cinco entradas analógicas que se pueden usar para ampliar
la práctica. Es decir, añadir sensores y ampliar la
funcionalidad del sistema. Por ejemplo, temperatura,
humedad, etc.
Se ha optado por realizar las fases de este ultimo Bloque
guiadas por el profesor debido al número de créditos de los
que consta esta asignatura. Pero se consideraba relevante para
que cada alumno completase su conocimiento.
porcentaje correspondiente en la nota final de cada uno de los
bloques. Como se puede observar se ha dado mayor valor al
bloque número 4 porque constituye la fase final de integración
donde el grupo de alumnos debe validar el sistema completo.
El uso de la metodología empleada para impartir la
TABLA III
EVALUACIÓN DE LOS BLOQUES
Comando
Descripción
Bloque 1
10%
Bloque 2
25%
Bloque 3
25%
Bloque 4
40%
Optativo
10%
Cada bloque está evaluado sobre la nota de 10. Si el grupo cumple con
todos los hitos de cada bloque entonces el bloque es evaluado con la
máxima nota. Además, se ha considerado interesante incrementar en un
10% la nota final si el alumno realiza trabajos optativos que ayudan a
mejorar el sistema.
asignatura ha repercutido beneficiosamente en los resultados
académicos de los alumnos. Con la metodología que se ha
aplicado a la asignatura se ha conseguido un incremento en el
número de alumnos matriculados en la asignatura del año
2007 al año 2008 de un 50% (Fig. 8 y Fig. 9).
Otro punto interesante es el incremento de la participación
de los alumnos por realizar partes innovadoras en la práctica,
que no se requerían como obligatorias para aprobar. Esto se
ha considerado un elemento extra para incrementar la nota
final hasta en un 10% si el alumno incorpora funcionalidades
que, no se consideran obligatorias para aprobar, pero sí
pueden repercutir beneficiosamente en la mejora del sistema.
Fig. 8: Resultados de la evaluación de la asignatura correspondientes al curso
2007-2008.
Fig. 7: Fases para la implementación en el laboratorio de la placa de control
para el sistema de control de alumbrado inalámbrico.
V. RESULTADOS
El formato para asignar la nota que corresponde a la
evaluación final se muestra en la Tabla I. En ella se indica el
Algunos de ellos presentaron propuestas interesantes como
un control más inteligente que guarda los estados de las
bombillas, otros aportaron un estudio que se propuso como
parte optativa sobre la incorporación de módulos GSM/GPRS
para proveer de mayor radio de cobertura al sistema.
Este tipo de participación por parte de los alumnos se ha
visto reflejado en la evaluación final de la asignatura que,
ISSN 1932-8540 © IEEE
RODRÍGUEZ, HERNÁNDEZ Y BORROMEO: SIST. INALÁMBRICO PARA APLICACIONES DOMÓTICAS
como se observa en las gráficas de las Fig. 8 y Fig. 9, el número
de alumnos con notas superior al aprobado se ha incrementado
casi en un 50% en relación al número de alumnos y prácticas
presentadas.
Fig. 9: Resultados de evaluación de la asignatura correspondientes al curso
2008-2009.
Además, en relación al número de los alumnos
matriculados, se ha incrementado en un 5% el número de ellos
que han aprobado la asignatura. En el año 2007 el porcentaje
fue del 75%, y en el año 2008 del 80%, el resto fueron
alumnos no presentados a la evaluación de la asignatura. Hay
que destacar que de los alumnos que presentaron la práctica el
100% hicieron el sistema final correctamente. Lo que
demuestra que el método elegido para dividir los bloques
funcionales es válido.
para renovar y añadir prácticas utilizando módulos
GSM/GPRS y X10.
Está previsto en la asignatura el desarrollo de una práctica
optativa donde el alumno pueda elegir entre utilizar
comunicaciones de corto alcance (Bluetooth) como la
realizada hasta ahora, o bien, de largo alcance utilizando un
módulo de comunicación con sistemas celulares, basada en
GSM/GPRS.
Otro punto asociada a los futuros trabajos de esta asignatura
es que gracias a la experiencia en el último año, del
departamento en nuevos proyectos aplicados a la domótica, en
los que se han reforzado los conocimientos sobre tecnologías
como X10, en el próximo curso sería interesante añadir un
bloque complementario u opcional donde el alumno pudiese
incorporar algún diseño con módulos X10. Esto permitiría
utilizar la placa desarrollada del sistema final con los módulos
comerciales que existen en el mercado. Lo que fomentaría el
interés del alumno por aplicar los conocimientos adquiridos en
la asignatura, incluso, en su propio hogar.
Por último mencionar que debido a los buenos resultados de
la asignatura la metodología empleada ha sido aplicada en
otras asignaturas impartidas por el departamento en la misma
universidad: “Sistemas Electrónicos para Dispositivos
Móviles” (master oficial en Redes y Servicios de
comunicación móvil) y “Sistemas Electrónicos Digitales”
(Ingeniería de Telecomunicaciones).
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
VI. CONCLUSIONES
La asignatura que presentamos en este artículo ha sido
desarrollada según los nuevos planes de Bolonia. El alumno,
gracias a su contenido eminentemente práctico, adquiere
conocimientos de comunicación inalámbrica de corte alcance
adaptados a la domótica, que hasta ahora no había aplicado
puesto que su conocimiento era básicamente teórico.
Otro de los puntos importantes en los que el alumno
profundiza es en el control basado en microcontroladores,
como elemento básico de los sistemas embebidos.
La propuesta de diseño de sistemas reales, además de
adaptar los contenidos docentes a las tendencias y avances de
la tecnología (recomendación a seguir en los informes de
desarrollo de guías curriculares), permite cubrir todas las
etapas del diseño de sistemas. De esta forma las competencias
adquiridas por el alumno de análisis e integración permite
adaptar los conocimientos adquiridos a otras aplicaciones y,
a otros protocolos de comunicación inalámbrica como: wifi,
GSM, Wibree ó Zigbee.
La metodología empleada cumple con las directrices de
Bolonia sobre el aprendizaje y el trabajo cooperativo. El
diseño y el montaje guiados, además de la programación,
responden de forma complexiva a todas las destrezas y
habilidades que el alumno debe desarrollar.
Por otra parte este campo de trabajo es muy amplio y
también el hecho de poder proporcionar material suficiente
81
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
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la URJC. http://gsyc.es/master.
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Forte, A.; Guzdial, M. 2005. “Motivation and nonmajors in computer
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Transactions on Education, 48(2), 248-253.
Sklyarov, V. Skliarova, I. “Teaching reconfigurable systems: methods,
tools, tutorials, and projects”. IEEE Transactions on Education, 48(2),
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Computing Curricula 2001, Computer Science (2004, Sep. 10).
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S. Junestrand, X. Passaret, D. Vázquez, "Domótica y Hogar Digital",
Ed.Thomson-Paraninfo, España, 2005
Asignatura Hardware para domótica del Departamento de Tecnología
Electrónica de la URJC http://gtebim.es/index.php?id=64.
Robert Morrow. Bluetooth Operation and use. McGraw-Hill, 2002
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"J2ME: Java 2 Micro Edition. Manual de usuario y tutorial".Froufe
Quintas, Agustín. Ra-Ma, cop. 2004
ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/30292c.pdf
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aplicaciones. McGraw-Hill, 1999.
ISSN 1932-8540 © IEEE
82
IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009
María Cristina Rodríguez Sánchez
recibió el título de Ingeniería Técnica en
Informática de Sistemas y en Ingeniería
en Informática por la Universidad Rey
Juan Carlos de Madrid (URJC), en
España en el año 2003 y 2005
respectivamente. En el año 2006 recibió
el título del master en “Sistemas
Telemáticos e Informáticos” por la
URJC. Desde el año 2005 ha
desarrollado su actividad investigadora
en el grupo de Sistemas Digitales e
Inalámbricos en el departamento de Arquitectura y a partir del año 2007 en el
Departamento de Tecnología Electrónica de la URJC. Actualmente está
disfrutando de un contrato de personal de apoyo de la comunidad de Madrid,
premio que le fue otorgado en el año 2007, y se encuentra realizando su tesis
doctoral en el mismo departamento. Sus líneas de investigación se centran en
los sistemas inalámbricos, sistemas embebidos, tecnología electrónica e
ingeniería software.
Juan Antonio Hernández Tamames es
profesor titular de la Universidad Rey Juan
Carlos de Madrid (URJC) y Director del
Departamento de Tecnología Electrónica. Su
líneas de investigación se centran en las
comunicaciones inalámbricas y la ingeniería
biomédica. Dentro de esta línea, fue fundador
del Grupo de Bioingeniería e Imagen Médica
de la Universidad Rey Juan Carlos y,
actualmente dirige el Laboratorio de Análisis
de Imagen Médica y Biometría de Madri+D y
el Laboratorio de Neuroimagen de la
Fundación CIEN (UIPA Fundación Reina
Sofía). En el año 2004 recibió el premio Rafael Hervada a la Investigación
Biomédica por su investigación en reactividad cortical en fotofobia con
resonancia magnética nuclear. Cuenta con numerosas publicaciones
nacionales e internacionales en el ámbito de la Bioingeniería, la imagen
médica y las comunicaciones inalámbricas.
Susana Borromeo López Doctora
Ingeniera Industrial por la ETSII de la
Universidad Politécnica de Madrid en el
año 2004. Desde el año 2003 estuvo
trabajando en el área de tecnología
electrónica como profesor ayudante de la
URJC. Actualmente pertenece al grupo de
Bioingeniería e Imagen Médica del
Departamento de Tecnología Electrónica
de la Universidad Rey Juan Carlos de
Madrid. Sus áreas de interés son los
Sistemas
Digitales,
Diseño
de
instrumentación
electrónica
en
bioingeniería y Sistemas electrónicos para
comunicación
ISSN 1932-8540 © IEEE
IEEE-RITA (http://webs.uvigo.es/cesei/RITA)
Revisores
Addison Salazar Afanador,
Universidad Politécnica de
Valencia, España
Alberto Jorge Lebre Cardoso,
Universidad de Coimbra, Portugal
Ana Arruarte Lasa, Universidad
del País Vasco, España
Alfredo Ortiz Fernández,
Universidad de Cantabria, España
André Luís Alice Raabe,
Universidade do Vale do Itajaí,
Brasil
Angel García Beltrán, Universidad
Politécnica de Madrid, España
Angel Mora Bonilla, Universidad
de Málaga, España
Angélica de Antonio Jiménez,
Universidad Politécnica de Madrid,
España
Antonio Barrientos Cruz,
Universidad Politécnica de Madrid,
España
Antonio Navarro Martín,
Universidad Complutense de
Madrid, España
Antonio Sarasa Cabezuelo,
Universidad Complutense de
Madrid, España
Basil M. Al-Hadithi, Universidad
Alfonso X El Sabio, España
Basilio Pueo Ortega, Universidad
de Alicante, España
Carmen Fernández Chamizo,
Universidad Complutense de
Madrid, España
Cecilio Angulo Bahón,
Universidad Politécnica de
Catalunya , España
César Alberto Collazos Ordóñez,
Universidad del Cauca, Colombia
Crescencio Bravo Santos,
Universidad de Castilla-La Mancha,
España
Daniel Montesinos i Miracle,
Universidad Politécnica de
Catalunya, España
David Benito Pertusa, Universidad
Publica de Navarra, España
Faraón Llorens Largo, Universidad
de Alicante, España
Gabriel Díaz Orueta, UNED,
España
Gloria Zaballa Pérez, Universidad
de Deusto, España
Gracia Ester Martín Garzón,
Universidad de Almeria, España
Ismar Frango Silveira, Universidad
de Cruzeiro do Sul, Brasil
Javier Areitio Bertolin,
Universidad de Deusto, España
Javier González Castaño,
Universidad de Vigo, España
Joaquín Roca Dorda, Universidad
Politécnica de Cartagena, España
Luis de la Fuente Valentín,
Jorge Alberto Fonseca e Trindade,
Universidad Carlos III, España
Escola Superior de Tecnología y
Luis Fernando Mantilla Peñalba,
Gestión, Portugal
Universidad de Cantabria, España
Jose Ángel Irastorza Teja,
Universidad de Cantabria, España Luis Gómez Déniz, Universidad de
Las Palmas de Gran Canaria,
José Angel Martí Arias,
España
Universidad de la Habana, Cuba
Luis Zorzano Martínez,
José Javier López Monfort,
Universidad de La Rioja, España
Universidad Politécnica de
Manuel Benito Gómez,
Valencia, España
Universidad del Pais Vasco,
José Luis Guzmán Sánchez,
España
Universidad de Almeria, España
Manuel Domínguez Dorado,
José Luis Sánchez Romero,
Universidad de Extremadura,
Universidad de Alicante, España
España
José Ramón Fernández Bernárdez,
Manuel Gromaz Campos, Centro
Universidad de Vigo, España
de Supercomputación de Galicia,
Juan Carlos Soto Merino,
España
Universidad del Pais Vasco,
Manuel Pérez Cota, Universidad de
España
Vigo, España
Juan I. Asensio Pérez, Universidad
Margarita Cabrera Bean,
de Valladolid, España
Universidad Politécnica de
Juan Meléndez, Universidad
Catalunya, España
Pública de Navarra, España
Juan Suardíaz Muro, Universidad Maria Antonia Martínez Carreras,
Universidad de Murcia, España
Politécnica de Cartagena, España
Mario Muñoz Organero,
Juan Vicente Capella Hernández,
Universidad de Carlos III, España
Universidad Politécnica de
Marta Costa Rosatelli, Universidad
Valencia, España
Católica de Santos, Brasil
Lluís Vicent Safont, Universidad
Mercedes Caridad Sebastián,
Ramón Llul, España
Universidad Carlos III, España
Luis Benigno Corrales Barrios,
Universidad de Camagüey, Cuba
Miguel Angel Gómez Laso,
Universidad Pública de Navarra,
España
Miguel Ángel Redondo Duque,
Universidad de Castilla-La Mancha,
España
Miguel Angel Salido, Universidad
Politécnica de Valencia, España
Oriol Gomis Bellmunt,
Universidad Politécnica de
Catalunya, España
Rafael Pastor Vargas, UNED,
España
Raúl Antonio Aguilar Vera,
Universidad Autónoma de Yucatán,
México
Robert Piqué López, Universidad
Politécnica de Catalunya, España
Víctor González Barbone,
Universidad de la República,
Uruguay
Victoria Abreu Sernández,
Universidad de Vigo, España
Yod Samuel Martín García,
Universidad Politécnica de Madrid,
España
Equipo Técnico: Diego Estévez González,
Universidad de Vigo, España
IEEE-RITA es una publicación lanzada en Noviembre de 2006 por el Capítulo Español de la Sociedad de
Educación del IEEE (CESEI) a través de su Comité Técnico, de Acreditación y Evaluación (CTAE), y
apoyada por el Ministerio Español de Educación y Ciencia a través de la acción complementaria TSI200524068-E. Actualmente es apoyada por el Ministerio Español de Ciencia e Innovación a través de la acción
complementaria TSI2007-30679-E.
DOI (Digital Object Identifier) Pendiente
IEEE-RITA
(Viene de la Portada)
Los Recursos Tecnológicos para la Teleformación en España: Comparativa e implantación
……………………………..…………………………………………………………………
…………………………………Rafael Pastor, Edmundo Tovar, Inmaculada Plaza,
Manuel Castro, Martín Llamas, Francisco Arcega, Gabriel Díaz, Francisco Falcone,
Francisco Jurado, José Ángel Sánchez, Manuel Domínguez, Francisco Mur, José Carpio
27
Reutilización de Objetos Educativos para el Estudio de Circuitos Electrónicos...................
………………………………………………………………………………………………
…Miguel Latorre, Sergio Martín, Elio San Cristóbal, Francisco García-Sevilla, Eugenio
López-Aldea, Julio Pérez, Adolfo Hilario, Santiago Acha, Gabriel Díaz, y Manuel Castro
37
Curso de Programación de Sistemas Embebidos con Statecharts ........................................
……..………....................................................................................... Mariano Barrón Ruiz
45
El Aprendizaje Activo Mediante la Autoevaluación Utilizando un Laboratorio Virtual.......
….................................................................................................. Pilar Fernández Sánchez,
Ángel Salaverría Garnacho, Jacinto González Dacosta y Enrique Mandado Pérez
53
Aprendizaje de Sistemas Digitales Utilizando Tecnologías Interactivas ..............................
………..........................................………….…… Marta Prim, Joan Oliver y Vicenç Soler
63
Tecnología de Semiconductores Orgánicos: Fabricación de Dispositivos Electrónicos en
Aulas Docentes.…………………………………………………………………………….
……...…………… J. Puigdollers, C. Voz, P. Ortega, I. Martín, A. Orpella, y R. Alcubilla
69
Sistema Inalámbrico para Aplicaciones Domóticas...............................................................
…................................…........... Cristina Rodríguez, Juan Hernández y Susana Borromeo
75
IEEE-RITA é uma publicação da Sociedade de Educação do IEEE, gerida pelo Capitulo
Espanhol e apoiada pelo Ministério Espanhol de Ciência e Inovação através da acção
complementar TSI2007-30679-E, Rede Temática do CESEI.
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Chapter, and supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation through
complementary action TSI 2007-30679-E, Thematic Network of CESEI.
Vol. 4, um. 1, 02/2009
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