IMPLEMENTACIÓN DE UN PORTAL DE APRENDIZAJE NO PRESENCIAL: LABORATORIO VIRTUAL DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN (LAVISIT)

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1 IMPLEMENTACIÓN DE UN PORTAL DE APRENDIZAJE NO PRESENCIAL: LABORATORIO VIRTUAL DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN (LAVISIT) Rubén Tous, Núria Garcia, Rosa Gil, Manel Guerrero, Anna Escudero, Xavier Vilardell, y Jordi Gou Universitat Pompeu Fabra (UPF), Dpt. de Tecnologia {ruben.tous, nuria.garcia, rosa.gil, manel.guerrero, anna.escudero, xavier.vilardell}@upf.edu Resumen En esta comunicación presentamos el proceso de diseño e implementación de un portal de aprendizaje no presencial para las asignaturas impartidas en los Estudios de Ingeniería de Telecomunicaciones de la Universitat Pompeu Fabra. El portal se integra en el entorno virtual del Aula Global de la UPF (la intranet de la universidad), y se compone de un conjunto de tutoriales interactivos, así como de una serie de herramientas de apoyo, como un mapa conceptual, un diccionario, un sistema de estadísticas y un sistema de administración de contenidos remoto. A parte de las diferentes decisiones de diseño se describe una prueba piloto que se está llevando a cabo en la actualidad en el contexto de tres asignaturas del primer ciclo de los estudios de Ingeniería de Telecomunicaciones de la UPF. En la actualidad se siguen ampliando los contenidos del portal, mediante la introducción de nuevos tutoriales, y mediante la confección de la base de datos que alimenta el mapa conceptual. Esta herramienta ofrece una interfaz gráfica que permite navegar a través de las interrelaciones entre los diferentes conceptos que constituyen los fundamentos teóricos de los estudios.

2 1. INTRODUCCIÓN Las tecnologías de la información y la comunicación, utilizadas en entornos educativos, obligan a replantear la metodología tradicional de aprendizaje. Los estudios universitarios de ingeniería tienen una gran componente teórica que a menudo aleja al estudiante de la comprensión del fenómeno estudiado y es necesario establecer una gran cantidad de horas de aprendizaje práctico en laboratorios, con el consiguiente coste en profesorado presencial y recursos. En este contexto, los laboratorios virtuales están teniendo una amplia aceptación, vislumbrándose como un excelente complemento de los laboratorios presenciales y son muchos los ejemplos que podemos encontrar en la red, habiendo asimismo una gran diversidad de propuestas tanto en la concepción de su uso como en el de su desarrollo. El entorno que presentamos si bien se encuadra en la línea de laboratorio virtual pretende desarrollar también otras prestaciones, como dar soporte al profesor en el aula, facilitar la parte de programa docente de evaluación continuada y fomentar la interdisciplinariedad en los estudios. En esta comunicación se describen las diferentes etapas del proceso de desarrollo del entorno y las experiencias docentes que con su aporte se han llevado a cabo. Los objetivos que nos propusimos al inicio de este proyecto eran implementar el portal de tal manera que encajase de manera natural con la estructura del Aula Global y que fuese atractivo, fácil de usar y útil para el estudiante. Al integrarlo con el Aula Global queremos conseguir que la mayoría de estudiantes lo utilicen de manera asidua (como ya están acostumbrados a utilizar el resto de recursos que conforman el Aula Global) así como el éxito del portal. Una de las aportaciones más valorada por el equipo era conseguir tener una herramienta que permitiese una interacción con el estudiante lo más dinámica posible, es decir, aprender los contenidos interactuando con el sistema y no simplemente leyendo como si de un libro se tratase. Lo que se traducía en el uso de las nuevas tecnologías que la World Wide Web nos permitía para lograr una enseñanza más dinámica. A partir de esta idea aparecen y se desarrollan todas las aportaciones de este proyecto teniendo como núcleo principal los tutoriales apoyados por el mapa conceptual, el diccionario y el sistema de administración de contenidos remoto.

3 Figura 1.- Logo del laboratorio El desarrollo inicial del portal constó de dos etapas. Por un lado la etapa de diseño del portal, que incluye aspectos relacionados con la navegación, usabilidad y integración dentro del Aula Global de la UPF [2] [3]. Por otro lado, la etapa de definición de los mecanismos mediante los cuales los profesores tendrían que introducir las diferentes unidades didácticas. Aunque las unidades básicas del portal son los tutoriales interactivos, éste también cuenta con otros elementos como un mapa conceptual, un diccionario, un sistema de estadísticas y un sistema de administración de contenidos remoto. 2. UNIDAD BÁSICA: EL TUTORIAL El elemento fundamental del Laboratorio Virtual son los tutoriales interactivos que lo componen. Un tutorial de LAVISIT es un conjunto de páginas HTML que, con la ayuda de una serie de componentes interactivos (Java applets y formularios de autoevaluación), han de permitir al usuario adquirir una serie de competencias (generalmente competencias de conocimiento, comprensión y aplicación) sobre un ámbito de conocimiento específico (en nuestro caso los Estudios de Ingeniería de Telecomunicaciones). Todos los tutoriales de LAVISIT ofrecen el mismo aspecto visual y la misma estructura: - Índice o mapa del tutorial - Introducción - Objetivos pedagógicos - Introducción teórica - Itinerario - Test de autoevaluación La estructura y funcionalidad de los tutoriales ha sido definida después del estudio de muchos otros proyectos e iniciativas en el contexto del Web Based Training (WBT), tanto en el ámbito comercial (como por ejemplo el sistema de autoaprendizaje de Cisco Systems[5]) como en el de sistemas de autoaprendizaje abiertos (como por ejemplo los tutoriales de Sun Microsystems[6], aplicados al aprendizaje del lenguaje de programación Java).

4 Figura 2.- Índice de un tutorial El índice del tutorial (fig. 2) muestra una breve descripción de su contenido con la finalidad de dar una idea global de los conceptos y procedimientos que se pueden trabajar con el tutorial y ofrece enlaces directos a sus partes troncales: Introducción teórica y Itinerario. La introducción teórica presenta los fundamentos teóricos básicos de los conceptos que se trabajaran en él, estructurados en breves apartados, con la finalidad de que los usuarios adquieran o revisen la teoría necesaria para llevar a buen término las actividades planteadas en el apartado Itinerario. El itinerario está compuesto de una serie de pasos o etapas a realizar por el estudiante. Al finalizar cada paso se propone una cuestión y se da la posibilidad de consultar la respuesta correcta. En la figura 3 se muestra un ejemplo de itinerario implementado mediante un applet. El applet tiene tres partes: una línea de comandos mediante la cual el cliente se comunica con el servidor, un pantalla de texto en la que aparece información tal y como se daría en una comunicación real y una parte adicional de visualización del intercambio de mensajes entre cliente y servidor. Este tutorial concreto consiste en establecer una sesión de comunicación desde una cliente hacia un servidor de correo electrónico, simulada por el applet, y se propone que el estudiante introduzca una serie de comandos y analice la respuesta del servidor de correo electrónico. El tutorial finaliza cuando se consigue enviar con éxito un correo electrónico al servidor.

5 Figura 3.- Implementación de un tutorial mediante un applet Actualmente se esta trabajando en mejorar el sistema de autoevaluación existente, cambiando los métodos de evaluación para permitir al alumno ir avanzando en la comprensión de los conceptos. En cada paso el grado de dificultad de las preguntas va aumentando. El sistema partirá de un nivel inicial de cuestiones que irá cambiando según el nivel que muestre el alumno en la corrección de las respuestas, consiguiendo así un sistema de preguntas que se adapte a los conocimientos del alumno y permita a éste ir observando sus conocimientos. 3. EL DICCIONARIO Se trata de un repositorio de información donde se describen los conceptos que se han considerado oportunos en relación con los tutoriales que hay disponibles. Hay dos formas de acceder a ellos: - Acceso directo desde el interior de un tutorial: Dentro del texto de cualquier tutorial se puede referenciar un concepto del diccionario. En este caso se muestra un enlace a la parte del índice del diccionario dónde se encuentra el concepto. Seleccionándolo se abre una ventana con la definición y la descripción detallada. - Acceso desde el índice del diccionario (opción Diccionari del menú de la pantalla principal): Seleccionando esta opción aparece un índice con todos los conceptos disponibles ordenados por orden

6 alfabético. En la parte superior se han habilitado enlaces directos a cada una de las letras del alfabeto para facilitar la búsqueda. Figura 4.- Diccionario de conceptos Para la introducción de los conceptos del diccionario se está cambiando el sistema actual, de introducción manual, a un sistema más automático generando dinámicamente los conceptos y su descripción. 4. MAPA CONCEPTUAL Con el mapa conceptual se pretende interrelacionar los conceptos que son fundamentales dentro de nuestros estudios (por ejemplo: el concepto de onda) entre diferentes asignaturas y marca el principio que enumeramos en la introducción: la interdisciplinariedad del proyecto que buscamos en todas las facetas del mundo. Es un aspecto relevante pues detectamos que el aprendizaje de los conceptos por parte de los alumnos es a menudo disgregado. Un mismo concepto al ser explicado en asignaturas diferentes queda segmentado, y muchas veces ellos no son capaces de realizar esas asociaciones, que se producen en la mayoría de los casos una vez acabados los mismos, así que este aspecto puede ser subsanado con propuestas como las que mostramos en el portal, en la que mapa conceptual, al mostrar las relaciones de una forma gráfica, podría ser una aportación valiosa como elemento de apoyo a la enseñanza tradicional, ya que se ofrece una manera de organizar el aprendizaje de una forma más visual.

7 Figura 5.- Mapa conceptual 5. SISTEMA DE ESTADÍSTICAS Otro aspecto interesante dentro del portal es la posibilidad de saber que espacios del total de contenidos son los que más interés despiertan entre los usuarios. Por este motivo resulta de gran ayuda que haya un control exhaustivo de las visitas que recibe, no sólo cada uno de los tutoriales, sino también el diccionario y cada uno de los conceptos que contiene. En un primer momento este control de visitas se limitó a la integración de nedstat[7] al portal, pero enseguida resultó insuficiente para realizar este control. De todas formas, se ha conservado el uso de nedstat en el portal para continuar ofreciendo las funcionalidades y la información que aporta. Como que nedstat ha resultado insuficiente, en una segunda etapa se ha implementado un control estadístico propio de les visites. Básicamente este control estadístico está dividido en dos partes: - Una primera parte consta de un gráfico de barras en el que se muestra para cada tutorial el número de visitas que ha recibido (tomando como referencia de visitas al tutorial las visitas a su índice). En este grafico también se muestran las visitas que se han producido en el índice del diccionario y en la página de estadísticas. - Una segunda parte nos proporciona información más detallada de las visitas recibidas. En primer lugar se muestran todos los tutoriales visitados hasta el momento, mostrando para cada uno el nombre de visitas a cada una de las páginas que lo componen. En segundo lugar se muestran todos los conceptos del diccionario visitados hasta el momento, a parte del índice, indicando el número de visitas para cada uno. En tercer lugar se muestra el número de visitas de la página de estadísticas.

8 Figura 6.- Página de estadísticas 6. ESPECIFICACIONES TÈCNICAS El portal se encuentra alojado en un servidor web Tomcat[8] (v ) sobre un servidor con sistema operativo Linux (Red Hat 7.2). Para la gestión de datos persistentes (estadísticas y gestión de usuarios) se utiliza el sistema gestor de Bases de Datos mysql[9] (v ). La mayoría de páginas que componen el portal son páginas dinámicas Java Server Pages (JSP)[10], hecho que responde a diversos motivos, como el uso de un control de accesos centralizado (que permite por ejemplo contar el número de visitas hechas a cada página), o el uso de plantillas (mediante 'includes' JSP) que evita la redundancia de elementos de presentación. Hay que añadir a estas tecnologías el uso de la librería gráfica Java JfreeChart[11], utilizada para visualizar estadísticas, y también una serie de applets[12] (de fabricación propia o referenciados). El hecho de haber utilizado tecnologías Java para desarrollar el software lo hace independiente de la plataforma sobre la que haya de funcionar, asegurando así la máxima portabilidad. En la actualidad se está trabajando en una nueva versión de la aplicación, que, entre otras cosas, ha de permitir a los profesores utilizar un sistema automatizado para introducir los tutoriales (basado en formularios dinámicos) en sustitución del sistema de plantillas utilizado hasta ahora. Este objetivo plantea una serie de dificultades técnicas, como la forma en que se introducen las fórmulas matemáticas, para las que estamos estudiando la posibilidad de utilizar el lenguaje MathML.

9 Para la realización del mapa conceptual se ha utilizado Flash y XML para el almacenamiento de los datos, con lo cual ofrecemos una manera rápida para cambiar las relaciones, ya que se generan directamente a partir del XML. No hemos utilizado texto, pues buscamos que en el futuro se pueda realizar búsqueda semántica y por lo tanto los datos estén dotados de estructura. 7. EXPERIENCIAS DOCENTES CON EL ENTORNO La elección de los primeros contenidos con que dotar el entorno ha estado marcada por la disponibilidad de los profesores que participan en el proyecto, valorando el hecho de poder contar con contenidos con los cuales poder experimentar diferentes pruebas pilotos a lo largo del curso académico Los contenidos futuros deberán contemplar en mayor medida conceptos de interdisciplinariedad y por tanto reutilización de cada tutorial en diferentes asignaturas. En su esta primera etapa de desarrollo se han incorporado contenidos básicos de señales, líneas de transmisión y protocolos de comunicación, que han permitido realizar experiencias de utilización del entorno LAVISIT en el segundo y tercer trimestre del presente curso académico. La primera experiencia, en el marco de la asignatura Medios y Circuitos I, tuvo lugar el pasado mes de febrero. Se utilizó el tutorial de Líneas de Transmisión para realizar una práctica de comprensión y aplicación de los conceptos teóricos de la asignatura. Se propuso el tutorial disponible en LAVISIT como parte de los ejercicios de evaluación continua restringiendo el acceso a las respuestas de los ejercicios normalmente pensados para la autoevaluación, obligando a los estudiantes a responder por ellos mismos con la ayuda de la información que proporciona el tutorial y sobre todo de una serie de elementos interactivos (applets) que permiten realizar simulaciones. Las respuestas se almacenan para una posterior visualización y evaluación por parte del profesor. En el tercer trimestre las pruebas se realizaron con dos tutoriales vinculados a las asignaturas de Fundamentos Tecnológicos II (primer curso) y Sistemas Telemáticos III (tercer curso). De nuevo se cambió temporalmente el funcionamiento de cada tutorial durante el período establecido para trabajar con él. En estos casos se pudo elaborar una base de datos de preguntasrespuestas relacionadas con el contenido del tutorial con lo cual cada alumno respondía a un test diferente generado aleatoriamente a partir de la BD, mejorando por tanto la fiabilidad de las respuestas aportadas por cada alumno. En resumen, la experiencia ha sido positiva, al incrementar el interés y las respuestas de los alumnos respecto a estrategias tradicionales de ejercicios escritos. Los profesores que han participado en las diferentes pruebas valoran positivamente la recogida y corrección automatizada de las respuestas así como la posibilidad de tratar estadísticamente los resultados obtenidos (nivel de acierto en cada pregunta). El esfuerzo inicial para llevar a cabo las pruebas

10 es equiparable al que conlleva crear y resolver problemas de forma tradicional, pero la disponibilidad en base de datos permite rentabilizar el esfuerzo en sucesivas experiencias. Conclusiones En esta comunicación hemos presentado el proceso de implementación de un portal de aprendizaje no presencial que complementa la enseñanza presencial de asignaturas relacionadas con sistemas de transmisión impartidas en los estudios de Ingeniería de Telecomunicaciones de la Universitat Pompeu Fabra. Consideramos que hemos logrado implementar un portal atractivo y útil al estudiante que completa el conjunto de herramientas de aprendizaje a su disposición. Una posible dirección de futuros trabajos podría estar basada en un uso más amplio del concepto de 'laboratorio'. Por ejemplo, podría ser interesante realizar laboratorios virtuales de asignaturas con mucha carga matemática (como criptografía o teoría de la información, por citar algunas) ya que es donde muchas veces parece que los estudiantes tienen más dificultades. Siempre de manera integrada, es decir, que todos los contenidos puedan estar relacionados los unos con los otros con una cierta lógica y sin caer en el repositorio de información. El portal ya se está utilizando de manera experimental en tres asignaturas de los estudios, y los resultados definitivos de la prueba piloto estarán disponibles a finales de Junio del Referencias [1] Núria Garcia, Jorge Infante, Boris Bellalta, Alex Graell, Roberto G. García. Una experièn-cia de laboratori virtual interactiu: LAVISIT (futura publicació). [2] Williams & Tollett. (2d ed., Peachpit Press, 2000).The Non-Designer`s Web Book. [3] Web design for education. [4] Bloom, B.S. (Ed.) (1956) Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals: Handbook I, cognitive domain. New York ; Toronto: Longmans, Green. [5] Cisco Systems. [6] The Java Tutorial [7] Nedstat [8] The Jakarta Site - Apache Tomcat, [9] MySQL Site, [10] JavaServer Pages Technology, [11] JfreeChart, [12] Applets,