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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 ISSN 1932-8540 © IEEE 4 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 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 ISSN 1932-8540 © IEEE Título del aspecto o idea 6 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 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. REFERENCIAS [1] [2] [3] Abowd, G.D. (1999). Classroom 2000: An Experiment with the Instrumentation of a Living Educational Environment. IBM Systems Journal, 38(4), pp. 508-530. Abowd, G.D. (1999a). Software engineering issues for ubiquitous computing. Proceedings of ICSE'99, pp. 75-84 Curtis, M., Luchini, K., Bobrowsky, W., Quintana, C., & Soloway, E. (2002). Handheld use in K-12: a descriptive account. Proceedings of IEEE International Workshop on Wireless and Mobile Technologies in Education, pp. 23- 30. ISSN 1932-8540 © IEEE 8 [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009 Divitini M., Haugalokken, O. K. & Norevik, P.A. (2002). Improving communication through mobile technologies: Which possibilities? Proceedings of IEEE International Workshop on Mobile and Wireless Technologies in Education, pp. 86-90. Grabinger, R.S. (1996). Rich environments for active learning. En D.H. Jonassen, (ed.), Handbook of Research for Educational Communications and Technology, pp. 665-692. Simon & Schuster Macmillan. Jenlink, P. & Carr, A.A. (1996). Conversation as a medium for change in education. Educational Technology, 36(1), pp. 31-38. Kaye, T. (1993). Computer networking for development of distance education courses. En M. Sharples (Ed.), Computer supported collaborative writing, pp. 41-69. Springer-Verlag. 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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). ISSN 1932-8540 © IEEE IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009 9 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 10 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 ISSN 1932-8540 © IEEE CUÉLLAR et al.: A.I.P.O.: AULA INTERACTIVA PARA PRÁCTICAS CON ORDENADOR 11 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 12 IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009 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 ISSN 1932-8540 © IEEE CUÉLLAR et al.: A.I.P.O.: AULA INTERACTIVA PARA PRÁCTICAS CON ORDENADOR ADMINISTRADOR 13 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. ISSN 1932-8540 © IEEE 14 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: http://www.newscenter.philips.com/Assets/Downloadablefile/ambient intelligence-3144-1214.pdf visitada en Mayo 2006. Abowd, G. D. y Mynatt, E. D., Charting Past, Present and Future Research in Ubiquitous Computing. ACM Transactions on ComputerHuman Interaction, 2000. 7(1): p. 29-58. Bravo, J., Hervás, R. y Chavira, G., Ubiquitous Computing in the Classroom: An Approach through Identification Process. Journal of Universal Computer Science, 2005. 11(9): p. 1494-1504. Bravo, J., Hervás, R., Nava, S., Chavira, G. y Sanz, J. Display-based services through identification: An approach in a conference context. en I Simposio Sobre Computación Ubicua e Inteligencia Ambiental (UCAmI'05). I Congreso Español de Informática (CEDI'05). 2005. Granada, España, Septiembre 2005: Thompson. Harold, P., Close up and in the Comfort Zone. 2005, Philips Research Password: http://www.research.philips.com/password/archive/24/downloads/pw 24_nfc_18.pdf visitada en Febrero 2006. Hervás, R., Bravo, J., Chavira, G., Nava, S. y Terán, F. Servicios de Visualización de Información Conscientes del Contexto: Modelo semi-formal y Escenarios. en 1ª Conferencia Ibérica de Sistemas y Tecnologías de la Información (CISTI 2006). 2006. Esposende, Portugal, Junio 2006. Hervás, R., Bravo, J., Nava, S. W. y Chavira, G. Interacción Natural en Ambientes Inteligentes a través de Roles en Mosaicos de Visualización. en VII Congreso Internacional de Interacción PersonaOrdenador (INTERACCIÓN’2006). 2006. Puertollano (Ciudad Real), España, Noviembre 2006. Hervás, R., Chavira, G., Nava, S. W., Villarreal, V. y Bravo, J. Context Cookies. en 12th International Conference on KnowledgeBased and Intelligent Information & Engineering Systems (KES2008). 2008. Zagreb, Croacia, Septiembre 2008, Springer Berlin / Heidelberg. Hervás, R., Nava, S. W., Chavira, G. y Bravo, J. Modelos de Contexto: Una Ontología Adaptativa al Usuario en Ambientes Inteligentes. en 2nd International Workshop on Ubiquitous Computing & Ambient Intelligence (WUCAmI 2006). 2006. Puertollano (C. Real), España, Noviembre 2006. Information Society Technologies Advisory Group (ISTAG), Scenarios for Ambient Intelligence in 2010. 2001, ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/ist/docs/istagscenarios2010.pdf visitada en Abril 2006: European Commission. Mills, K. L. y Jean, S. Situated Computing: The Next Frontier for HCI Research. en Human-Computer Interaction in the New Millennium. 2002. Addison Wesley: ACM Press. NFC Forum, NFC. 2006, http://www.nfc-forum.org/aboutnfc visitada en Julio 2006. 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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 ISSN 1932-8540 © IEEE 26 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 28 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 30 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 32 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 34 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 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] L. Norton, T. Richardson, J. Hartley, S. Newstead y J. Mayes. Teacher’s beliefs and intentions concerning teaching in higher education. Higher Education, 50 (4), 537-571 (2005). P. Ramsden. Learning to teach in higher education (2n edition). RoutledgeFalmer (2005). Dondi, C. (2007). The underground rivers of innovative e-Learning: a preview from the HELIOS Yearly Report 2006/07, eLearning Papers. No. 4. Mayo 2007. U.D. Ehlers and J.M. Pawlowski. Handbook on quality and standardisation in E-Learning. Ed. Springer (2006). M. Llamas. Introducción a la Estandarización en e-Learning. I Jornadas Tendencias sobre e-Learning. Universidad Politécnica de Madrid. Febrero (2005). Integra. Diccionario para internautas. Región de Murcia Digital. 2ª Edición. Murcia (2005). Consorcio W3C - World Wide Web. http://www.w3c.es/. URL con último acceso el 20/02/2009. BOE. Ley 34/2002, de 11 de julio, de servicios de la sociedad de la información y de comercio electrónico. BOE núm. 166, de 12-07-2002, pp. 25388-25403. Corregido posteriormente ISO. ISO 9126-1:2001 "Software engineering – Product quality – Part 1: Quality model" ISO (2001). ISO. ISO 9241-11:1998 "Ergonomic requirements for office work with visual display terminals (VDTs) -- Part 11: Guidance on usability" ISO (1998). Edutools. http://www.edutools.org/ Western Cooperative for Educational Telecommunications (WCET). URL con último acceso el 19/04/2008. GrED (Grupo de Educación Digital) Guía de actualización del ADD. Novedades en la versión 6 de WebCT. http://add.unizar.es/Migracion4a6.html. URL con último acceso el 20/02/2009. Aulario Virtual de la Universidad de Navarra. https://portal.unavarra.es/. URL con último acceso el 20/02/2009. Anillo Digital Docente de la Universidad de Zaragoza. http://add.unizar.es/. URL con último acceso el 20/02/2009. [15] Página Web de Claroline http://www.claroline.net/. URL con último acceso el 27/02/2009. [16] CAMPUS. http://www.campusproject.org,URL con último acceso el 20/02/2009. [17] Kumar, V., Merriman, J., Thorne, S. Open Knowledge Initiative Final Report. http://www.okiproject.org/filemgmt/visit.php?lid=44. URL con último acceso el 12/11/2007. [18] Open Knowledge Initiative. http://www.okiproject.org. URL con último acceso el 20/02/2009. [19] IMS Global Learning Consortium. http://www.imsproject.org/ . URL con último acceso el 20/02/2009. [20] aLF/.LRN en la UNED. http://www.innova.uned.es. URL con último acceso el 20/02/2009. [21] Intecca, http://www.intecca.uned.es/queEsAvip.php, URL con último acceso el 20/02/2009. [22] R. Pastor, S. Ros, R. Hernández, M. Castro, “Distributed digital content access in a virtual community based e-learning platform”, in Frontiers in Education Conference, Saratoga Springs, USA, 22-25, 2008. [23] http://cv.udl.es/portal. URL con último acceso el 20/02/2009. [24] http://poliformat.upv.es/. URL con último acceso el 20/02/2009. [25] I. Arriaga. Software Libre para eLearning. I Jornadas Tendencias sobre eLearning. Universidad Politécnica de Madrid. Febrero (2005). [26] ATRC. ATutor Learning Content Management System. http://www.atutor.ca/. URL con último acceso el 20/02/2009. [27] ILIAS. ILIAS Learning Management. http://www.ilias.de/. URL con último acceso el 20/02/2009. [28] Consortium Claroline. http://www.claroline.es/. URL con último acceso el 20/02/2009. [29] OCW MIT. http://ocw.mit.edu/OcwWeb/web/home/home/index.htm/. URL con último acceso el 20/02/2009. [30] OCW MIT – Universia http://mit.ocw.universia.net. URL con último acceso el 20/02/2009. [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 36 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><!-- versión, autores, ... --></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><!-- vínculo con otros oa: basado en otro, etc. --> </relation> <annotation><!-- anotaciones adicionales --></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. Gonzáles Sánchez, S. R. “Revisión de plataformas de entorno de aprendizaje”. 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[20] Stefaner, M. et al. “MACE – Enriching Architectural Learning Objects for Experience Multiplication”, In: Duval, E., Klamma, R., & Wolpers, M. (eds.) EC-TEL 2007. LNCS 4753; Berlin, Heidelberg: Springer; pp. 322-336. 2007. [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 Harvesting - Version 2.0”, 2002. Consultada en: http://www.openarchives.org/OAI/openarchivesprotocol.html [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 44 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. ISSN 1932-8540 © IEEE 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. ISSN 1932-8540 © IEEE 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 48 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 ISSN 1932-8540 © IEEE BARRÓN RUÍZ: CURSO DE PROGRAMACIÓN DE SISTEMAS EMBEBIDOS CON STATECHARTS 49 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 50 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 ISSN 1932-8540 © IEEE BARRÓN RUÍZ: CURSO DE PROGRAMACIÓN DE SISTEMAS EMBEBIDOS CON STATECHARTS 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. ISSN 1932-8540 © IEEE 52 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 [1] [2] [3] [4] D. Harel, A. Pnueli, “On the Development of Reactive Systems”. Logics and Models of Concurrent Systems. Vol F-13, (1985), pp. 477-498. R. J. Wieringa, Design Methods for Reactive Systems: Yourdon, Statemate, and the UML. Morgan Kaufmann Publishers, 2003 F. Wagner, R. Schmuki, T. Wagner and P. Wolstenholme, Modeling Software with Finite State Machines. A Practical Approach. Auerbach Publications, 2006 Niple, http://www.niplesoft.net/index.htm (12/02/2009) [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] CoreChart, http://www.elabtronics.com (12/02/2009) Picaxe, http://www.rev-ed.co.uk/picaxe (12/02/2009) Flowcode, http://www.matrixmultimedia.com/Flowcode3a-X.php (12/02/2009) D. Harel, “Statecharts: a visual formalism for complex systems”. Science of Computer Programming. Vol 8, Nº 3, (1987), 231-274. David Harel web site. http://www.wisdom.weizmann.ac.il/~dharel (12/02/2009) UML Resource Page. http://ww.uml.org Samek M. Practical Statecharts in C/C++. Elsevier CMPBooks, (2002) Cetus Links - UML Tools. http://www.cetus-links.org/oo_uml.html (12/02/2009) Mario Jeckle - UML Tools. http://www.jeckle.de/umltools.htm (12/02/2009) UML tools. http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_UML_tools (12/02/2009) UML StateWizard. http://www.intelliwizard.com/ (12/02/2009) IAR VisualSTATE state machine design tools. http://www.iar.com/vs (12/02/2009) IAR visualSTATE Concept Guide, version 4, 1999 M. Barrón, Calculadora Parlante. Actas del VII Congreso de Tecnologías Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica, Madrid 2006 M. Barrón, Talking Calculator, AVR 2006 Design Contest Entry # AT3295, http://www.circuitcellar.com/avr2006/winners/AT3295.htm Labcenter Electronics. http://www.labcenter.co.uk (12/02/2009) M. Barrón, Uso didáctico del software de ayuda al diseño electrónico PROTEUS. Actas del VI Congreso de Tecnologías Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica, Valencia 2004 Moodle Home page. http://moodle.org (12/02/2009) Atmel Corporation Home page, http://www.atmel.com (12/02/2009) 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. ISSN 1932-8540 © IEEE 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 ISSN 1932-8540 © IEEE FERNÁNDEZ, SALAVERRÍA, GONZÁLEZ Y MANDADO: APRENDIZAJE MEDIANTE AUTOEVALUACIÓN 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. ISSN 1932-8540 © IEEE 56 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 ISSN 1932-8540 © IEEE 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. ISSN 1932-8540 © IEEE 58 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. ISSN 1932-8540 © IEEE 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% . .. do a je de to r i al ien en el ap n iv el ren diz ad e ara lp irtu a io v or rat valor 4 valor 3 valor 2 ec e sit ad oe l tu st gu n ta sp re La valor 5 valor 1 He n el l ab o do ec es it a He n cu a .. . q. . as .. ide a le re es lta d icu dif al as es tr Mu sc on las . as ue v rn era en yg ar en s Me ha ce p yl ño ise El d gr. . ya nc la r as so ras igu as f re ión ac na ve g La Ut ili zo e lm ate r ia l de su lt es ai n tu tu d itiv io e ay nf orm no n ec a to ... 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. ISSN 1932-8540 © IEEE 60 IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009 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] REFERENCIAS [1] M. D.Valdés, M. J. Moure and E. Mandado, “Hypermedia: A tool for teaching complex technologies,” IEEE Transactions on Education, vol. 42, pp. CD. 1999. [28] 61 J.M. Brockman, “Complex Systems and Emergent Technologies,” Report of the Center forIntegrated Design Seminar, June 29, 1998. R. Harding, "What have examinations got to do with computers in education?" 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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 IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009 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] IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009 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] [13] [14] Página Oficial del master en “Sistemas Telemáticos e Informáticos” de la URJC. http://gsyc.es/master. http://www.um.es/convergencia/legislacion/documentos Forte, A.; Guzdial, M. 2005. “Motivation and nonmajors in computer science: identifying discrete audiences for introductory courses”. IEEE 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), 290-300. Computing Curricula 2001, Computer Science (2004, Sep. 10). http://computer.org/educate/cc2001/ A. McGettrick, M. D. Theys, D. L. Soldan, and P. K. Srimani, “Computer engineering curriculum in the new millennium,” IEEE Trans. Educ., vol.46, no. 4, pp. 456–462, Nov. 2003. 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 http://www.bluegiga.com/ "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 http://www.microchip.com/ Angulo J.M., Angulo I. Microcontroladores PIC. Diseño práctico de 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. IEEE-RITA is a publication of the IEEE Education Society, managed by its Spanish 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 IEEE-RITA es una publicación de la Sociedad de Educación del IEEE, gestionada por su Capítulo Español y apoyada por el Ministerio Español de Ciencia e Innovación a través de la acción complementaria TSI2007-30679-E, Red Temática del CESEI.