UN MODELO DE DOCENCIA COLABORATIVA PARA LA ASIGNATURA SISTEMAS DE BASES DE DATOS EN LA USAL

Transcripción

1 UN MODELO DE DOCENCIA COLABORATIVA PARA LA ASIGNATURA SISTEMAS DE BASES DE DATOS EN LA USAL A. Gil, A. de Luis Departamento de Informática y Automática, Universidad de Salamanca Facultad de Ciencias, Plaza de la Merced s/n Salamanca, España Tfno: Ext Fax: RESUMEN En este artículo se expone la organización docente de la asignatura Sistemas de Bases de Datos, dentro de la titulación de Ingeniero Técnico en Informática de Sistemas en la Universidad de Salamanca. Es evidente la importancia que en una titulación de ingeniería técnica se concede en los procesos formativos a la consecución de objetivos no informativos- destrezas profesionales - del alumno, de modo que le permitan incorporarse con éxito a la Empresa del presente y del futuro. En el mundo de la tecnología informática, donde es fundamental la innovación, se vive en un continuo avance. Los profesionales deberán estar capacitados no sólo para adaptarse rápidamente y a lo largo de toda su vida al entorno; los mejores de entre ellos estarán capacitados también para realizar nuevas aportaciones. Sobre estas bases, la planificación de la asignatura, con una importante carga práctica, constituye una de las primeras en la titulación que permite al alumno emular un trabajo profesional en el aula muy próximo al futuro profesional. Los docentes de esta asignatura hemos entendido que un objetivo básico ha de ser el fomentar la capacidad para relacionar los planteamientos teóricos y generales con las situaciones reales y más concretas de su entorno de trabajo. El artículo muestra una correcta y clara formulación de estos objetivos, tanto cognitivos como de actitudes que forman parte del programa y metodología de la asignatura que presentamos, y se trasladan a los alumnos, mediante recursos docentes con base en técnicas híbridas de docencia presencial y trabajo personal de alumnado a través de herramientas de gestión de contenido. Estas bases se presentarán no sólo como un elemento importante que orientará la docencia, sino como un criterio básico del proceso de evaluación del aprendizaje. PALABRAS CLAVE: Recursos docentes, E-learning, Aprendizaje Activo. 1. INTRODUCCIÓN El sistema educativo actual se encuentra sumido en una época de grandes cambios debidos no sólo a la socialización de la educación superior aumentada por la dinámica geográfica. La necesidad de innovación tecnológica y las nuevas competencias del profesorado en la docencia propician a su vez un importante avance en las estructuras docentes. El uso de las nuevas tecnologías aplicadas a la docencia y la rápida implantación de herramientas software permiten dinamizar y compartir contenidos de modo que amplían el espectro de trabajo en el aula y trasladan el entorno docente a otros lugares y otra división de tiempos distintos a los de la docencia tradicional. La ampliación de las redes de comunicación mediante la docencia mixta virtual y presencial a través de herramientas como Moodle[1] potencia un aprendizaje más flexible y, al mismo tiempo, la existencia de nuevos escenarios del aprendizaje que incluyen el aprendizaje colaborativo dentro de los ámbitos virtuales. Es evidente que todas estas posibilidades exigen al profesor que imparte la asignatura un mayor grado de implicación así como más competencias en el desempeño de su función docente, como gestor de contenidos, dinamizador virtual, etc. Más aún si, como es el caso, se trata de una asignatura impartida por dos profesores. Tomando la definición de Aprendizaje Colaborativo[2], como: "el intercambio y cooperación social entre grupos de estudiantes para el propósito de facilitar la toma de decisiones y/o la solución de problemas. La colaboración entre aprendices les permite compartir hipótesis, enmendar sus pensamientos, y trabajar mediante sus discrepancias cognitivas". 2. LA ASIGNATURA EN EL PLAN DE ESTUDIOS La impartición de la asignatura Sistemas de Bases de Datos viene condicionada, por su encuadre en la titulación Ingeniería Técnica en Informáticas de Sistemas, por su Plan de Estudios concreto en la Universidad de Salamanca, así como por algunos determinantes específicos propios de la Facultad de Ciencias, donde se imparte la docencia y que a continuación detallaremos. En el BOE nº 264, con fecha 4 de Noviembre de 1997, se publica la resolución del 15 de Octubre de 1997 de la Universidad de Salamanca, en el que se especifican los contenidos del Plan de Estudios conducente a la obtención del

2 título de Ingeniero Técnico en Informática de Sistemas, de la Facultad de Ciencias. Dicho plan de estudios establece la troncalidad de las asignaturas de Diseño de Bases de Datos y Sistemas de Bases de datos con una carga de 4.5 créditos cada una. Diseño de Bases de Datos con una carga lectiva de 4.5 créditos teóricos y la asignatura Sistemas de Bases de Datos también con 4.5 créditos (1.5 teóricos y 3 prácticos). La docencia de estas asignaturas se vincula a dos áreas de conocimiento: Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial y Lenguajes y Sistemas Informáticos. En la actualidad al área de Lenguajes y Sistemas Informáticos imparte la docencia de ambas. La asignatura Sistemas de Bases de Datos se imparte en el segundo cuatrimestre de 2º curso y le precede durante el primer cuatrimestre en el mismo curso la de Diseño de Bases de Datos. En el mencionado BOE aparecen los siguientes descriptores de ambas asignaturas: - Diseño de Bases de Datos: Estructura de Información - Sistemas de Bases de Datos: Ficheros, Bases de Datos En la Figura 1, se muestra la relación de los conocimientos previos con los que se aborda el estudio de estas asignaturas dentro del actual plan de estudios de la Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas de la Universidad de Salamanca y su relación con el resto de asignaturas. Las asignaturas de primer curso Sistemas Informáticos, Álgebra, Programación, Laboratorio de Programación y Algoritmia deben ser una buena base para la comprensión de las asignaturas que nos ocupan. Figura 1. Bases de Datos en el plan de estudios de ITIS y relación entre asignaturas El gran problema del plan de estudios tal y como está planteado es que a lo largo del primer cuatrimestre del 2º curso de ITIS la asignatura Diseño de Base de Datos es puramente teórica, véase su programación en la tabla 1, de modo que tan sólo los 3 créditos prácticos de su continuación en el segundo cuatrimestre, Sistemas de Bases de Datos, permiten a los alumnos adquirir las destrezas necesarias para el manejo práctico de los conceptos de la asignatura. Debido a este gran problema en el desarrollo de estas asignaturas planteamos la necesidad del trabajo colaborativo para sus contenidos prácticos, ver tabla 3. Unidad Docente 1. Conceptos Básicos...(3 horas) Tema 1: a los Sistemas de Bases de Datos...(1 hora) De los sistemas de ficheros a los sistemas de bases de datos Requisitos de los sistemas de bases de datos Concepto de base de datos Niveles de abstracción de una base de datos Tema 2: El sistema de Gestión de Bases de datos (SGBD)...(2 horas) Concepto y funciones de un SGBD Lenguajes e interfaces de bases de datos Los distintos actores en las bases de datos

3 La estandarización de la arquitectura de los SGBD e independencia de datos Estructura general del SGBD Historia de los sistemas de bases de datos Unidad Docente 2. Modelos de Datos...(14 horas) Tema 3: al Modelo de Datos...(3 horas) Los modelos de datos en el proceso de diseño de una bases de datos Clasificación de los modelos de datos Modelos de datos clásicos Otros modelos de datos Tema 4: El modelo entidad-relación:...(6 horas) Conceptos básicos del modelo Entidad-Relación (ER) Restricciones Claves Diagrama entidad-relación Extensiones del modelo Entidad -Relación (EER) La dimensión temporal en el modelo ER Tema 5: El modelo de datos Relacional...(5 horas) al modelo de datos relacional Transformación de un esquema E-R a un esquema relacional Unidad Docente 3. Bases de Datos Relacionales...(28 horas) Tema 6: Las Bases de datos Relacionales...(4 horas) La estructura de las bases de datos relacionales Restricciones del modelo relacional Los tres niveles de ANSI en el modelo relacional Tema 7: Lenguajes Formales...(6 horas) Álgebra relacional Cálculo Relacional Equivalencias Tema 8: El Lenguaje estándar SQL...(4 horas) Sublenguaje de definición de datos Sublenguaje de manipulación de datos Sublenguaje de control Sublenguaje huesped Tema 9: Diseño de Bases de Datos Relacionales...(14 horas) Anomalías en Inserciones, Borrados y Actualizaciones. a la Teoría de la Normalización La primera Forma Normal Las dependencias funcionales Manipulación de Dependencias Funcionales: Cierre Transitivo de un Conjunto de Atributos y Recubrimiento Minimal La Segunda Forma Normal La Tercera Forma Normal La Forma Normal de Boyce-Codd El Proceso de Descomposición de las relaciones. Pérdidas de Producto y Pérdidas de Dependencias Dependencias Multivaluadas La Cuarta Forma Normal La Desnormalización Tabla 1. Programa para la asignatura Diseño de Bases de Datos

4 La teoría de la asignatura Sistemas de Bases de Datos, ver tabla 2, está formada por dos unidades docentes. La primera de ellas dedicada a la protección de datos donde se abordan temas de recuperación, concurrencia, integridad semántica y seguridad. Unidad Docente 1. Optimización de consultas...(3 horas) Tema 1: Optimización de Consultas...(3 horas) Etapas en el proceso de optimización Optimización semántica Optimización de las expresiones algebraicas Estimación del coste de un plan de ejecución Técnicas de descomposición de consultas Unidad Docente 2. Protección de Datos...(10 horas) Tema 2: Recuperación de Información...(3 horas) Concepto de transacción Propiedad ACID Estado de una transacción Clasificación de los fallos Estructura de almacenamiento Recuperación y atomicidad Recuperación basada en el registro histórico Paginación en la sombra Recuperación con transacciones concurrentes Gestión de la memoria intermedia Fallo con pérdida de almacenamiento no volátil Sistemas remotos de copia de seguridad Tema 3: Control de Concurrencia...(4 horas) Ejecuciones concurrentes Planificaciones Técnicas de bloqueos Control de concurrencia basado en marcas de tiempo Técnicas para el control de concurrencia multiversión Protocolos basados en validaciones Granularidad de elementos de datos y granularidad múltiple Tratamiento de interbloqueos Operaciones de inserción y eliminación Concurrencia en las estructuras de índices Tema 4: Integridad y Seguridad...(3 horas) Restricciones. Restricciones de los dominios Integridad referencial Aserciones Disparadores Control de accesos Seguridad Autorización Cifrado y Autentificación Unidad Docente 3. Bases de Datos distribuidas...(2 horas) Tema 5: Bases de Datos distribuidas...(2 horas) Diseño de bases de datos distribuidas Objetivos Procesamiento distribuido de consultas Recuperación en sistemas distribuidos Tabla 2. Programa de la asignatura Sistemas de Bases de Datos

5 Prácticas de la asignatura Al plantear una propuesta de prácticas de la asignatura Sistemas de Bases de Datos, debemos tener en cuenta una serie de consideraciones. En primer lugar las prácticas deberán adecuarse a los conceptos desarrollados en las clases teóricas. Este es un punto fundamental en cualquier asignatura que consta de una parte teórica y otra parte práctica. Se deberá conseguir, no sólo que el alumno aprenda a manejar y moverse con soltura en un entorno de Bases de Datos, sino que esto sirva para un reforzamiento de los conocimientos adquiridos en las clases de teoría. Por otra parte, teniendo en cuenta los temas que se han presentado en la parte teórica, tanto en esta asignatura como en la de Diseño de Bases de Datos, resulta evidente que las prácticas deberán desarrollarse sobre un sistema de Bases de Datos relacional. Por otro lado las prácticas deberán reflejar, en la medida de lo posible, la realidad a la que se enfrentará un profesional de la Informática, que centre su trabajo en el área de las Bases de Datos. Las prácticas deberán desarrollarse en un entorno moderno, con herramientas actuales, que reflejen, en la medida de lo posible, los últimos avances tecnológicos. En función de las responsabilidades, un usuario de un entorno de Bases de Datos puede pertenecer a alguna de las siguientes categorías: - Diseñadores, se encargan del diseño lógico de Bases de Datos - Administradores, controlan la gestión e implantación de Bases de Datos - Programadores, desarrollan programas de consulta y actualizaciones - Usuarios finales, realizan consultas sencillas sobre la base de datos La fase de diseño de Bases de Datos no será tratada en la asignatura, ya que se ha desarrollado en las clases de problemas de la asignatura Diseño de Bases de Datos, cursada por el alumno en el cuatrimestre anterior. Sin embargo, las tareas relacionadas con las otras tres categorías deben presentarse, en mayor o menor medida, durante el desarrollo de estas prácticas. En cuanto al tipo de base de datos que el alumno va a encontrar posteriormente en su vida laboral, podemos esperar que en la inmensa mayoría de los casos sea una base de datos relacional, que utilizará alguna variante del SQL para la realización de las consultas. Existen varios problemas a la hora de plantear las prácticas de esta asignatura fundamentalmente asociados a las limitaciones de tiempo. El Plan de Estudios otorga tres créditos prácticos a la asignatura de Sistemas de Bases de Datos. Esto obligará a realizar un diseño del programa de prácticas bastante selectivo. Prácticas de la asignatura Sistema de Bases de Datos Título Horas Módulo Práctico I: Lenguaje DML horas Entorno de trabajo y base de datos ejemplo 2 Consultas avanzadas con subselect y agrupación de resultados 6 Consultas sobre varias tablas uso del JOIN 3 Modificación de la información 3 Módulo Práctico II: Lenguaje DDL...6 horas Administración: Lenguaje de Definición de Datos I 3 Administración: Lenguaje de Definición de Datos II 3 Módulo Práctico II: Diseño de aplicaciones SQL...10 horas Diseño de aplicaciones SQL I 4 Diseño de aplicaciones SQL II 4 Procesamiento de transacciones 2 30 Tabla 3. Programa de prácticas para la asignatura Sistema de Bases de Datos 3. HERRAMIENTAS TIC EN LA METODOLOGÍA DOCENTE Sobre la base de lo expuesto anteriormente, plantearemos las líneas generales de la metodología que hemos aplicado en la impartición de la asignatura, especialmente en lo relativo a sus créditos prácticos, y comentaremos aquellos aspectos que nos parecen más destacados en particular en lo que se refiere a la utilización de las TIC en la promoción del trabajo colaborativo([3], [4]).

6 Como se ha expuesto anteriormente, las prácticas de Sistemas de Bases de Datos están orientadas a preparar al alumno para desempeñar los diversos papeles a los que deberá hacer frente en su vida profesional en lo que a utilización de Sistemas Gestores de Bases de Datos se refiere. Bajo esa perspectiva, se han enfocado hacia el aprendizaje del lenguaje de definición, control y manipulación de datos actualmente más extendido: SQL. Figura 2. Materiales para las clases de teoría Un principio básico que hemos intentado aplicar consiste en independizar las prácticas de la asignatura del uso de un Sistema Gestor de Bases de Datos concreto. Obviamente, ha sido preciso utilizar un SGBD como soporte al entorno de desarrollo en el que se han realizado las prácticas, en la actualidad Oracle, pero procurando potenciar el uso de los estándares frente a las particularidades de uno u otro sistema. Ello nos ha permitido, por una parte, entrenar a nuestros alumnos en un conjunto de técnicas aplicables en lo que en un futuro formará parte de su vida profesional y, por otra, facilitar la creación de diversos entornos de desarrollo en distintos espacios y utilizables en distintos tiempos que han permitido al alumno una mayor diversidad y autonomía en cuanto a la posibilidad de realizar el trabajo práctico propuesto en la asignatura. En concreto, las prácticas están concebidas como una serie de enunciados de dificultad creciente distribuidas en cada una de las sesiones, que el alumno debe ir resolviendo. Los enunciados se plantean para ser realizados sobre una base de datos de ejemplo cuya estructura y contenido inicial están definidos e implementados sobre un Sistema Gestor instalado en un servidor mantenido por el Departamento de Informática y Automática. Sin embargo, no se exige que el alumno complete todos los enunciados sobre esta base de datos. Se facilita a los alumnos un script con las sentencias de creación y carga de los datos de la base de datos de prácticas y se les anima a que creen su propia base de datos de prácticas en sus ordenadores particulares usando para ello los diferentes Sistemas Gestores de los que puedan disponer.

7 Figura 3. Materiales relativos a las sesiones prácticas Con ello se consigue que el alumno se vea más implicado en las actividades propias del trabajo con sistemas de bases de datos, teniendo que resolver un amplio y variado abanico de problemas particulares de administración a los que difícilmente tendrían oportunidad de enfrentarse si nos limitáramos al trabajo en el aula. Por otra parte, hemos podido constatar que el alumno se ve especialmente motivado a realizar estas tareas, en el convencimiento de que con ello logrará una mayor flexibilidad de espacio y tiempo para la realización su trabajo práctico. Estas tareas de administración conllevan un gran moviendo en los foros de la asignatura, generando hilos de conversación e implicando a un gran número de alumnos. Figura 4. Hilos en los foros relativos a actividades de la asignatura

8 Los beneficios de esta metodología se han visto potenciados en los últimos cursos académicos por el uso de la plataforma de docencia virtual Moodle, puesta a disposición de la comunidad Universitaria por la Universidad de Salamanca, que ha permitido que los alumnos compartan entre sí sus experiencias particulares, incrementando las posibilidades de adquirir información e incluso de plantearse situaciones específicas a las que de otra manera probablemente no hubieran llegado. Moodle nos ofrece además la posibilidad de realizar un seguimiento de la actividad de cada alumno lo que nos ha permitido constatar que el uso de esta metodología motiva al alumno al trabajo fuera de los horarios propios de la actividad académica. Figura 5. Distintas actividades evaluables Animados por estos buenos resultados, en el presente curso académico contamos con un total de 160 alumnos de los cerca de 180 matriculados, que hacen uso del material y la metodología generada para la asignatura. Por ello hemos introducido actividades voluntarias pero evaluables orientadas a seguir incentivando el trabajo personal del alumno a la vez que obtenemos información útil que incluimos en el proceso de evaluación. Figura 6. Gráficos de actividad de alumnos Las actividades consisten en proponer algunos enunciados de especial complejidad para que los resuelvan y lancen sus dudas en el foro de la asignatura. De este modo el alumno está en la situación de tomar decisiones sobre su aprendizaje y tiene libertad y posibilidades para hacerlo. Las primeras respuestas correctas serán puntuadas con efectos en la nota final de la asignatura. Con ello hemos conseguido una implicación más constante del alumno en el proceso de aprendizaje, evitando los típicos picos de actividad concentrada en fechas próximas a los exámenes. El carácter competitivo de esta actividad es percibido por el alumnado como un reto al que se sienten motivados a hacer frente y sin embargo también se ayudan a través de los hilos del foro generando la parte correspondiente de aprendizaje en común. Los beneficios son generales: todos aprenden, tanto de los errores como de los aciertos propios o de sus

9 compañeros y observamos que a menudo hay un líder o un par de ellos en el curso que están pendientes del foro y generan dinámicas muy activas y beneficiosas. De cualquier modo el profesor de la asignatura ha de ser siempre quien modere y ponga en su medida cualquier movimiento en el foro y por supuesto en la asignatura en su globalidad, pero dejando hacer a los alumnos implicados en su aprendizaje. Por todo ello, estamos resueltos a seguir investigando nuevas posibilidades de utilización de este tipo de herramientas en la promoción del trabajo colaborativo en el convencimiento de que ello no puede sino redundar en unos mejores procesos de enseñanza/aprendizaje y en una mejor consecución de los objetivos a alcanzar con la impartición de la asignatura. 4. CONCLUSIONES A lo largo del artículo hemos presentado la experiencia de aprendizaje combinado, también conocido como aprendizaje híbrido o mixto, en la asignatura de Sistemas de Bases de Datos. El artículo ha sido enfocando fundamentalmente en las prácticas de la asignatura que evidencia de manera más significativa la aplicación de este tipo de metodología combinada presencial y virtual. La experiencia realizada ha permitido inferir, a través de las intervenciones observadas en los foros de trabajo y el monitoreo continuo del trabajo grupal por parte del docente, que las TIC implementadas adecuadamente como apoyo a la docencia presencial promueven el trabajo colaborativo, ya que permiten generar verdaderos ambientes de aprendizaje que promueven el desarrollo integral de los estudiantes y sus múltiples capacidades. La dinámica de trabajo establecida ha fortalecido y dinamizado la docencia tanto para los alumnos como para los docentes que impartimos la asignatura promoviendo una regeneración de contenidos así como su reestructuración en el organigrama de la docencia. Aprender y enseñar de modo combinado ha sido y sigue siendo una forma inteligente de adaptarse a las diferentes necesidades de formación ante el reto de nuestra necesaria convergencia al Espacio Europeo de Educación Superior. Todo este trabajo supone horas adicionales de dedicación con respecto a la docencia tradicional exigiendo al profesorado un interés por adaptarse a las tecnologías necesarias así como a las dinámicas resultantes tales como la resolución de dudas de manera virtual, actualización de contenidos y su actualización en la plataforma, etc. Sin embargo la Universidad de Salamanca consciente del esfuerzo que a los docentes les supone atender todas las tareas relacionadas con la adecuación de materiales así como su gestión y la atención de los alumnos a través de medios electrónicos, añade un 20% de los créditos de la asignatura a la carga docente del profesor implicado, generando una política motivadora y implicada en el proceso. En este trabajo hemos verificado que los estudiantes logran alcanzar los objetivos propuestos y completar las tareas solicitadas e incluso las actividades optativas, que habitualmente en el trabajo individual no realizaban. Incluir foros y generar dinámica de trabajo entre los alumnos a través de actividades voluntarias ha propiciado incluso el que surjan aspectos de la asignatura que, no viéndose en clase por la limitación de créditos prácticos, aparezcan de manera espontánea en el como resultado. Con objeto de la adecuación de la asignatura a este método docente hemos elaborado gran cantidad de material didáctico impreso y electrónico para el profesor así como fundamentalmente para el alumno. Las múltiples opciones en tecnologías y metodologías has propiciado criterios de selección y particularización de tecnologías informáticas para la docencia sobre Bases de Datos. Finalmente nuestra experiencia nos ha permitido generar un modo de aprender que sea significativo y que permita adquirir las habilidades más necesarias para un ámbito tan práctico como el de los Sistemas de Bases de Datos en un Ingeniero Técnico Informático. Del mismo modo somos conscientes de que esta labor es un trabajo continuo que ha de seguir creciendo y perfeccionándose, adquiriendo forma a lo largo de los siguientes cursos académicos. Para ello necesitaremos de procesos de evaluación constantes que permitan la mejora de los materiales en el medio así como la formación continua del profesorado para conseguir un enfoque de aprendizaje combinado realmente integrado que favorezca los procesos de aprendizaje. AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto de Innovación docente con referencia US17/06 de la Junta de Castilla y León (España).

10 [1] [ultimo acceso 22 de Abril de 2007] REFERENCIAS [2] Johnson, D. El aprendizaje Cooperativo en el aula. Buenos Aires: Paidós Educador, [3] Lucero, M. Entre el Trabajo Colaborativo y el Aprendizaje Colaborativo. Revista Iberoamericana de Educación (ISSN: ). En red: [último acceso: 19 de Abril de 2007] [4] Zañartu, L.M. Aprendizaje colaborativo: una nueva forma de Diálogo Interpersonal y en Red. Revista Digital De Educación Y Nuevas Tecnologías Contexto Educativo. En red: 02.htm [último acceso: 19 de Abril de 2007]