Cognición, aprendizaje y currículo

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1 EXPERIENCIAS EN LA IMPLEMENTACION DEL PARADIGMA DE APRENDIZAJE PRÁCTICO SOPORTADAS EN SISTEMAS DE GESTION DE APRENDIZAJE DE SOFTWARE LIBRE Cognición, aprendizaje y currículo ALVARO EFRÉN CORTÉS CASTRO SEGUNDO EDIVER CAICEDO DAZA MARIO FERNANDO SOLARTE SARASTY FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES GRUPO DE INGENIERÍA TELEMÁTICA UNIVERISIDAD DEL CAUCA 1

2 RESUMEN En la denominada Sociedad de Conocimiento, es un hecho aceptado que las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs) jugarán un papel preponderante en el mejoramiento de los niveles de vida de los sectores menos favorecidos de las comunidades, a través de su aplicación en las funciones básicas prioritarias para el desarrollo de sus individuos, entre ellas, la educación. Modalidades como la radio y televisión educativa, instrucción basada en computador, contenidos multimedia y en los últimos años el e-learning ilustran la evolución de las TICs aplicadas en los procesos formativos, normalmente a distancia, intentando replicar en entornos virtuales las experiencias de aprendizaje que ocurren en las aulas y espacios educativos de la educación presencial tradicional. Específicamente en el e-learning se pueden distinguir dos paradigmas de formación: learning by reading y learning by doing ; el primero es netamente expositivo y tradicionalmente se entrega a través de Sistemas de Gestión de Aprendizajes (LMS), mientras que el segundo es eminentemente práctico y se implementa mediante el desarrollo de laboratorios virtuales que provean entornos de aprendizaje equivalentes a los laboratorios docentes de los sistemas educativos convencionales; normalmente, la mayoría de LMSs no soporta implementaciones para el paradigma learning by doing dificultando su utilización en aquellos cursos que por su naturaleza requieren un componente práctico. En el presente artículo se expone una arquitectura de referencia para el desarrollo de laboratorios virtuales basada en el Sistema de Gestión de Aprendizaje de software libre conocido como.lrn, plataforma educativa integrada por el proyecto E-LANE (European and Latin-American New Education) del cual hace parte por Colombia, la Universidad del Cauca, y se presenta la validación realizada para dicha arquitectura de referencia con el desarrollo de un prototipo de laboratorio virtual para acceso remoto y simulación de servicios especiales de llamadas telefónicas para una Central Telefónica de entrenamiento AXE-10 de Ericsson. INTRODUCCIÓN El rápido desarrollo de las tecnologías de la información no solo ha cambiado dramáticamente la adquisición, manipulación y transmisión de conocimiento, sino que ha llevado a un cambio en los paradigmas de educación como consecuencia de las nuevas demandas sociales que se hacen de manera continua. Lo anterior ha llevado al surgimiento de nuevos modelos educativos centrados en el estudiante, diferentes del sistema tradicional, el cual se fundamenta en clases magistrales impartidas por los profesores. En tales modelos, el estudiante tiene una reducción significativa de horas presenciales y una ampliación de las actividades participativas, en dicho sentido se busca formar profesionales con poco tiempo disponible y con un elevado rendimiento de su tiempo. Para responder a esta situación, las posibilidades ofrecidas por la tecnología han permitido la aparición de múltiples sistemas de aprendizaje basados en computador. Internet ha sido utilizado con éxito como medio para la creación de entornos virtuales de aprendizaje. Diversas instituciones públicas y privadas hacen uso de las tecnologías 2

3 telemáticas para proveer de programas de aprendizaje y formación en los diferentes niveles, tanto para la enseñanza teórica como para el aprendizaje práctico. Existen multitud de sistemas de ambos tipos, con características diferentes, desarrollados sobre diferentes plataformas. Estos sistemas de aprendizaje están fundamentados en dos paradigmas, según sea su tipo: Learning by reading y Learning by doing [AF03]. El primer paradigma se caracteriza por los contenidos expositivos y por tener una gran difusión. Las tecnologías de Internet han permitido su implementación, desde comienzos de la década de los noventa. Los sistemas de aprendizaje electrónico teóricos pretenden ofrecer un entorno de aula virtual. El segundo paradigma se caracteriza por su alta interacción con el estudiante y tener una bajo nivel de popularidad debido a factores tecnológicos y económicos; su equivalente en el sistema educativo convencional los constituyen los laboratorios. En este tipo de sistemas, el estudiante pone en práctica los conocimientos teóricos adquiridos mediante la utilización de herramientas de aprendizaje activo, siguiendo el paradigma aprende haciéndolo (learning by doing). Una de las principales bondades de este paradigma es el valor pedagógico que ofrece. El primer paradigma es implementado principalmente a través del desarrollo de plataformas de aprendizaje denominadas Sistemas de Gestión de Aprendizaje (LMS), las cuales han sido ampliamente adoptadas por universidades y organizaciones, con el objetivo de dar respuesta a las demandas que en materia de educación se le exige. Sin embargo estos Sistemas de Gestión de Aprendizaje (LMS) tradicionalmente siguen el paradigma learning by reading, dejando de lado las ventajas y beneficios del paradigma learning by doing. La estructura del artículo es la siguiente: se mencionará el contexto en el cual se generó la presente publicación, a continuación se indica la arquitectura propuesta para el LMS.LRN en cuanto al soporte del paradigma de aprendizaje práctico, luego se ilustra el prototipo de laboratorio virtual desarrollado para la validación de la arquitectura propuesta, y finalmente se exponen las conclusiones y el trabajo a futuro a seguir. CONTEXTO La Universidad del Cauca en el marco de los procesos de mejora de la calidad de la docencia, fomento a la investigación y descentralización, participa actualmente en el proyecto E-LANE (European and Latin-American New Education) [E-lane]. En este contexto y con el objetivo de contar con una oferta académica (formal y no formal) de cursos disponibles a través de la plataforma de e-learning.lrn [dotlrn], la Universidad del Cauca diseñará, construirá, orientará y evaluará algunos cursos que podrán ofrecerse en la denominada modalidad virtual. Muchos cursos de los diversos programas que las universidades ofrece requieren el aprendizaje práctico como un elemento sustancial para el aprendizaje ya que la interactividad con el sistema permite una gran comprensión del contenido teórico aprendido, situación que justifica la necesidad de implementar sistemas de tele-educación prácticos con el objetivo de brindar apoyo al desarrollo normal de estos cursos, experiencia que pueda replicarse en otras iniciativas y disciplinas de similar propósito. Sin embargo la mayoría de los Sistemas de Gestión de Aprendizaje, y específicamente la 3

4 plataforma integrada en el proyecto E-LANE (.LRN), no tiene contemplado el soporte al paradigma de aprendizaje práctico, aspecto de significativo valor agregado dentro del ámbito de la educación virtual. La anterior necesidad dio origen a un trabajo en la Universidad del Cauca cuyos resultados se exponen en el presente artículo. La investigación y el desarrollo se desarrolló a través de un trabajo de grado en el programa de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad del Cauca, cuyo objetivo principal consistía en la construcción y ejecución de laboratorios virtuales para la aplicación del paradigma de aprendizaje práctico (learning by doing) en el Proyecto E-LANE; y como objetivos específicos esenciales fueron establecer la viabilidad de la utilización de laboratorios virtuales como técnica didáctica de apoyo a los procesos formativos en los escenarios propuestos por el proyecto E-LANE en la Universidad del Cauca, así como analizar, desde un punto de vista arquitectónico, la utilización de laboratorios virtuales en la plataforma dotlrn. ARQUITECTURA PROPUESTA La búsqueda de tal solución inició con la descripción de las aproximaciones del paradigma learning by doing, en la cual se fijo una caracterización de los laboratorios virtuales más representativos que lo implementan [AF01]; características que se describieron en términos de las funcionalidades, arquitecturas de referencia y la base tecnológica que ellos presentan en su conjunto [JDS] [CG01] [SU00] [Mat04]. Esta bibliografía permitió establecer no solamente las funciones que un laboratorio debe proveer enmarcadas dentro de las características fundamentales del e-learning, (comunicación, contenido, y seguimiento de las actividades del estudiante), sino también las posibilidades que un laboratorio virtual puede llegar a proveer al estar integrado a un LMS en términos de gestión y distribución de contenidos y experiencias de aprendizaje. La comunicación busca generar un sentido de comunidad en los estudiantes que participan en el laboratorio, mientras que el seguimiento trata de garantizar que los profesores puedan desempeñar sus tareas de forma satisfactoria guiando correctamente a los estudiantes. Por otra parte la interactividad busca asegurar el éxito del proceso de aprendizaje. Desde un punto de vista pedagógico, los laboratorios virtuales muestran un contenido que se caracteriza por poseer una alta interactividad, vista como una parte de un sistema donde los aprendices no son recipientes pasivos de información, sino que hacen parte del proceso que tiene un comportamiento activo frente a sus acciones. La interactividad resulta en un aprendizaje más sólido debido a que los aprendices pueden hipotetizar para probar su entendimiento, aprender mediante los errores y darle sentido a lo no significativo. La interactividad busca hacer del e-learning una experiencia personalizada que se construya basada en el estado de interacción del estudiante con el sistema. En un LMS esta interactividad es desarrollada a través de imágenes, texto, video, acceso a sistemas reales, simulación, etc. El e-learning tradicional permite a los aprendices acceder el contenido de acuerdo a su propia conveniencia, pero ellos aprenden solos, separados de otros por la distancia y el tiempo. Tales estudiantes pueden dejar de lado el sentido de comunidad que la interacción con otros aprendices y tutores puede construir. La comunicación estudiante- 4

5 estudiante es a menudo subestimada pero es críticamente importante en tareas colaborativas, que requieren habilidades de trabajo en equipo, donde el dialogo debe estar presente. Frente a esta situación las teorías constructivistas consideran el diálogo entre los aprendices como elemento fundamental tanto en la construcción de su propio entendimiento como en la validación del mismo por medio de la discusión con sus semejantes [TR02]. La comunicación integrada a los laboratorios debe hacer que la experiencia sea más rica que la educación tradicional [TR02]. Cuando un laboratorio virtual es agregado a un LMS, los aprendices y tutores necesitan comunicarse con más que palabras e imágenes [TR02]; los aprendices y los tutores deben compartir las ventajas y oportunidades que el aprendizaje práctico ofrece, y así explorar las diferentes posibilidades y alternativas del aprendizaje en grupo. En un LMS, tales comunidades están siendo desarrolladas a través de la utilización de técnicas asíncronas tales como tablones de noticias, foros y salas de conversación. En la educación tradicional, profesores y estudiantes están en la misma aula o laboratorio, permitiendo a los primeros realizar el seguimiento de los últimos de forma directa [AF01]. Este seguimiento no es tan directo en el e-learning tradicional. Para salvar esta situación, todo laboratorio debe poseer un sistema de seguimiento y monitorización de los estudiantes, con el objetivo de determinar su progreso en el proceso de aprendizaje y los objetivos alcanzados en el mismo. La exploración tecnológica de la plataforma.lrn, permitió establecer las fortalezas relativas al desarrollo de aplicaciones web orientadas a comunidades, tanto en el nivel de aplicaciones como en el de servicios reutilizables en la aplicación del aprendizaje práctico. Las dos aproximaciones anteriores permitieron establecer una arquitectura de referencia propuesta para la implementación de laboratorios virtuales basada en la misma arquitectura de.lrn, con la cual se busca el soporte a la implementación de laboratorios virtuales, fundamentada en la reutilización de los diversos servicios de e-learning que ofrece y que permita la integración de diversos subsistemas de aprendizaje, así como la entrega adecuada de los mismos a los estudiantes. La arquitectura que se muestra en la Figura 1, enseña una arquitectura funcional basada en múltiples capas que se integran a la arquitectura de OpenACS, un servidor de aplicaciones construido para la creación de comunidades virtuales. En la capa de OpenACS core se encuentran los paquetes del núcleo requeridos para el funcionamiento de OpenACS; la capa de servicios se encarga de proveer una funcionalidad colaborativa subyacente, mientras que la capa de aplicaciones permite una interacción directa con el usuario. 5

6 Figura 1. Arquitectura Básica para la Aplicación del Paradigma Learning by Doing..LRN está construido sobre el framework de OpenACS por lo tanto hereda todas las funcionalidades, la modularidad y ventajas por medio del uso de interfaces que interactúan con los servicios y funcionalidades de OpenACS [CE03] [Open]. Los laboratorios virtuales se encuentran en la capa de aplicaciones de esta arquitectura, lo cual le permite hacer uso de diversas funcionalidades de OpenACS ya que se encuentran integrados a su LMS.LRN. Los laboratorios virtuales son aplicaciones que tienen por objetivo permitir un aprendizaje práctico mediante la interactividad y la utilización de servicios que colaboran en el proceso de aprendizaje, además de dar un valor agregado a la aplicación. Los laboratorios virtuales son aplicaciones que modelan un sistema independiente de su tipo, y que permiten a los estudiantes manipular variables de entrada para cambiar el comportamiento del sistema y ver y evaluar los resultados. Considerando que una aplicación de aprendizaje práctico, en general debe garantizar interactividad, seguimiento de las actividades desarrolladas por el estudiante, y un sentido de comunidad; se hace necesario que estas aplicaciones hagan uso de los servicios y aplicaciones que el LMS le pueda brindar; así por ejemplo con la ayuda del paquete de workflow se puede llevar un registro detallado las acciones ejecutadas dentro de una practica, así como también hacer posible la entrega didáctica de las mismas, por otra parte el sentido de comunidad se puede obtener mediante herramientas de comunicación que el LMS brinda tales como chat, foros, etc. En la figura 1 se muestra un subsistema de servidor remoto que forma parte del prototipo implementado en este proyecto, y su funcionalidad permite interactuar con plataformas diferentes y dar acceso a otros sistemas. 6

7 DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DEL LABORATORIO VIRTUAL AXE (PROTOTIPO FUNCIONAL) Con base en la arquitectura descrita se elaboró un prototipo de un laboratorio virtual para el curso Sistemas Telemáticos II de la tecnología en Telemática de la Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad del Cauca. El objetivo principal al desarrollar esta aplicación es aportar al proceso de descentralización que esta llevando la Universidad, además de permitir a los estudiantes de los diferentes municipios que se benefician de dicho proceso, realizar algunas practicas de laboratorio remotamente sin la necesidad de desplazarse físicamente al sitio donde se encuentra la central telefónica, esto se traduce en un ahorro significativo de recursos y tiempo en el proceso de aprendizaje. En el desarrollo normal del laboratorio se trabaja con el entorno de la Central Digital de Enseñanza AXE-10 de Ericsson donada a la Universidad del Cauca. El objetivo es que el estudiante conozca la estructura física de la central, la organización de sus diferentes módulos, la funcionalidad de sus dispositivos con las diferentes operaciones que estos realizan; así como la gestión que se puede realizar a la central a través de comandos por medio de un terminal, aspecto de gran importancia para el desempeño laboral del futuro tecnólogo. El prototipo desarrollado busca recoger los conceptos básicos de esta práctica. En la aplicación implementada se pretende que el estudiante adquiera una noción previa de la constitución física del sistema al que está accediendo, como también que pueda ejecutar remotamente comandos para la gestión de la misma. El laboratorio virtual está dividido en dos partes; de un aparte, un componente de visualización del hardware de la central, cuyo objetivo es lograr un acercamiento del estudiante a la constitución física de la central telefónica a través de animaciones en flash que recogen los principales componentes de la estructura física de la Central Ericsson AXE-10 con su respectiva descripción; esto contribuye a que el estudiante se familiarice con el hardware, con el cual posteriormente va a interactuar; además de brindar un componente didáctico que asegure el proceso de aprendizaje. Por otra parte la gestión de comandos busca acceder a la central a través de un terminal remoto mediante el envió de comandos y la recepción de la respectiva respuesta de la central. La arquitectura para la implantación de este sistema se observa en la figura 2. 7

8 Figura 2 Arquitectura del Laboratorio Virtual AXE La arquitectura básicamente se compone de dos nodos principales, la plataforma.lrn, y un servidor remoto que se comunica con la Central AXE-10. La comunicación entre el cliente y la plataforma openacs se realiza a través del protocolo http, mientras que la comunicación entre la plataforma y el servidor remoto se implementa vía XML- RPC. Los estudiantes pueden acceder al laboratorio usando un navegador convencional para Internet, el cual presenta una página ADP proveída por el servidor AOLserver, esta comunicación es mediada por la plataforma.lrn y es un proceso transparente. Este documento contendrá los elementos necesarios para iniciar y detener las aplicaciones proveídas por el servidor vía Internet; de tal forma que ningún software adicional es requerido aparte del navegador en sá mismo. En el lado del Servidor Remto se encuentra la implementación del servidor XML- RPC desarrollado en java y cuya función es recibir comandos, así como enviarlos por el puerto serial hacia la Central AXE; recibir la respectiva respuesta desde la central y retornarla hacia la plataforma.lrn donde se encuentra implementado un cliente XML- RPC. El prototipo fue probado con éxito por estudiantes del programa de Tecnología en Telemática de la sede de Santander de Quilichao, con la configuración remota y simulación de los servicios especiales de llamada tripartida, llamada en espera y desviación de un proceso de llamada. CONCLUSIONES El trabajo desarrollado permitió fijar la atención en última instancia en los laboratorios virtuales como aplicaciones e-learning, con el propósito de conocer sus principales elementos y sus características, las cuales redundarán en una unidad de aprendizaje de mayor eficiencia al integrarse a un LMS, para lo cual se pueden establecer los criterios que describen el contenido de un laboratorio, así como los elementos para su distribución. 8

9 Por otra parte se estableció la caracterización de los componentes básicos que forman un laboratorio virtual al estar integrado en un LMS, los cuales se ubican en el campo de comunicación, contenido y seguimiento de las actividades desarrolladas por el estudiante. El diseño e implementación de un prototipo de laboratorio virtual AXE-10 para el laboratorio de sistemas telemáticos II integrado al LMS.LRN, no solo permitió la validación de la arquitectura propuesta del paradigma práctico, sino conocer de manera general las ventajas y desventajas de OpenACS y su LMS. Lo anterior condujo a corroborar las recomendaciones arquitectónicas al entorno virtual de aprendizaje.lrn necesarias para que soporte la implementación del paradigma de aprendizaje práctico para la Universidad del Cauca en el proyecto E-LANE. Al utilizar software libre en este trabajo, se facilita la sostenibilidad del trabajo iniciado, ya que no es necesario el pago de importantes cifras de dinero por concepto de licencias. El trabajar con una plataforma que soporta la creación de comunidades virtuales (no necesariamente de tipo educativo) puede facilitar la aplicación de la arquitectura presentada en este artículo, por ejemplo, para el seguimiento al proceso de una cadena productiva, si de una comunidad virtual de negocios se trata, con lo cual queda demostrada la extensibilidad de los desarrollos elaborados. Como trabajo a futuro, señalamos el desarrollo de más servicios para el laboratorio virtual construido, y la implemetación de simulaciones y prácticas para disciplinas diferentes a las tecnologías telefónicas. REFERENCIAS [AF01] [AF03] [CE03] Anido, L. Llamas, M. and Fernández, J., M. (2001). Internet-based Learning by Doing, [en línea]. Sevilla, España. Recuperado el 10 de diciembre de 2004, de Anido L., Llamas M., and Fernández J., M. (2003) Experiencias en el uso del sistema de laboratorios virtuales Simulnet. Recuperado el 21 de enero, de 795/2795.html. Calvo R., Ellis R. (2003). DotLRN: Sistema de gestión de la enseñanza. Recuperado el 25 de febrero de 2005, de IRICE3.pdf. [CG01] Castellanos G., Giraldo A.. (2001). E-Lab. En Primer Congreso Iberoamericano de telemática, [CD-ROM] Memorias. Cartagena de Indias [2004, Agosto]. [dotlrn] [E-lane] Sede Web del entorno virtual de aprendizaje.lrn. Recuperado el 21 de diciembre de 2005, de Sede Web del Proyecto E-LANE. Recuperado el 18 de enero de 2005, de 9

10 [JDS97] [Mat04] [Open05] [SU00] [TR02] JAVA Digital Signal Processing (J_DSP) Editor (1997). Electronic Reference [en línea]. Recuperado el 10 de enero de 2005, de : Mathematica as a "front-end" to External Programs (2004). Electronic Reference [en línea]. Recuperado el 30 e marzo de 2005, de Sede Web de.lrn Project site. Recuperado el 25 de enero de 2005, de Spanias A., Urban S., Constantinou A., Tampi M., Clausen A., Zhang X., Foutz J. and Stylianou G. (2000). Development and evaluation of a webbased signal and speech processing laboratory for distance learning. Recuperado el 20 de febrero de 2005, de Thomas R. (2002). Interactivity & Simulations in e-learning. Recuperado el 15 de diciembre de 2005, de 10

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