Mayela Delgado Herrera 1 y Francia Delgado Herrera 2

Transcripción

1 Experiencia en la Construcción de un Objeto de Aprendizaje para Apoyar el Proceso de Enseñanza y Aprendizaje del Modelado de Sistemas usando Máquinas de Estados Mayela Delgado Herrera 1 y Francia Delgado Herrera 2 Universidad de Carabobo, Facultad de Ingeniería, Departamento de Computación. Av. Universidad, Bárbula, Valencia, 2001, Venezuela mdelgadoh@uc.edu.ve Universidad José Antonio Páez, Coordinación de Nuevas Tecnologías. Yuma II, San Diego, Valencia, 2001, Venezuela fdelgado@ujap.edu.ve Resumen. Desarrollar objetos de aprendizaje requiere de un proceso metodológico dirigido por objetivos pedagógicos que conduzcan el diseño y desarrollo de software. Usar un modelo de diseño instruccional es fundamental para asegurar que el objeto de aprendizaje cumpla su propósito. Este trabajo presenta el desarrollo de un objeto de aprendizaje para el modelado de sistemas usando máquinas de estados. Se utilizó la metodología ISD-MeLO soportada por el modelo de diseño instruccional ADDIE. Para contribuir a enfocar a los diseñadores instruccionales y de software hacia el logro de objetos de aprendizaje efectivos, se han incorporado nuevas actividades en ISD-MeLO. Los metadatos se crearon con el editor LomPad usando el estándar LOM IEEE El paquete SCORM se generó utilizando el RELOAD Editor. El objeto de aprendizaje desarrollado puede ser usado en diversos contextos tales como análisis y diseño de sistemas, ingeniería de modelos, sistemas autómatas, entre otros. Palabras clave: Objetos de Aprendizaje, ISD-MeLO, Diagramas de Estados, Modelado de Sistemas. 1 Introducción 1.1 Descripción de la Situación de Enseñanza y Aprendizaje En la actualidad, en un curso de Ingeniería del Software a nivel de licenciatura, el docente dispone de diferentes recursos que facilitan el desarrollo de modelos basados en el Lenguaje Unificado de Modelado (Unified Modeling Language, UML). Sin embargo, la experiencia muestra que para un estudiante de este nivel de estudios, el problema al modelar sistemas no radica en dominar una notación de una determinada especificación o estándar o la sintaxis de un lenguaje gráfico como UML, sino que

2 reside en la poca pericia para definir cuáles elementos del sistema del mundo real formarán parte de los modelos a desarrollar y determinar sin ambigüedad los aportes de cada modelo en la comprensión precisa del sistema. En el caso de UML, se disponen de diversas formas de representación de modelos, los diagramas, cada uno de los cuales tiene propósitos específicos; el uso de un tipo de diagrama u otro, o la combinación de varios, descansa en la destreza del modelador, el estudiante. Por ello, la curva de aprendizaje es pronunciada dado que los aprendices no cuentan con la experiencia para resolver problemas del mundo real, en términos de modelos orientados a objetos, y tienen poca práctica trabajando en equipos en los que confronten y argumenten sus propuestas. Con el propósito de contribuir en el aprendizaje del modelado de sistemas, se desarrolla un objeto de aprendizaje enfocado hacia el uso de diagramas de estados. El propósito es ilustrar el uso de los diagramas de estados como herramienta de modelado, resaltando sus características y proporcionando sugerencias referentes a su aplicación. 1.2 Uso de Objetos de Aprendizaje en el Desarrollo de Material Instruccional Wiley [1] [2] señala que un objeto de aprendizaje es un componente instruccional digital pequeño (en relación al tamaño del curso completo) que puede ser reutilizado en diversos contextos de aprendizaje. También destaca que existe un cierto grado de confusión en cuanto a la definición de objeto de aprendizaje porque diversos autores e instituciones han realizado propuestas no coincidentes. Sobre lo anterior, en [3] se señala que independientemente de la definición adoptada los objetos de aprendizaje, se caracterizan por estar dotados de un significado claro y preciso, de tal modo que a la hora de formar parte del proceso de enseñanza y aprendizaje su uso pueda integrarse coherentemente; además, facilitan el acceso a los contenidos educativos a diversas personas desde diferentes lugares y pueden formar parte de distintos cursos [3]. Para efectos de este trabajo se va a considerar la definición presentada en [8] un objeto de aprendizaje es un conjunto de recursos digitales, autocontenido y reutilizable, con un propósito educativo y constituido por al menos tres componentes internos: contenidos, actividades de aprendizaje y elementos de contextualización. El objeto de aprendizaje debe tener una estructura de información externa (metadatos) que facilite su almacenamiento, identificación y recuperación. Las razones de presentar material instruccional basado en objetos de aprendizaje las señala Longmire en [9] destacando: flexibilidad; facilidad de actualización, búsqueda y manejo de contenido; facilidad de adaptación; interoperabilidad, apoyo al aprendizaje basado en competencias; e incremento del valor del contenido. 1.3 Máquinas de Estado y Diagramas de Estado El uso de modelos provee un medio para especificar la estructura y el comportamiento de un sistema [4]. El comportamiento de un sistema puede modelarse a través de interacciones y de máquinas de estados. Una máquina de estados especifica las secuencias de estados por las que pasa un objeto durante su vida, en

3 respuesta a eventos, junto con sus respuestas a esos eventos [5]. Representan la mejor forma de especificar el comportamiento de objetos que deben responder a señales o cuyo comportamiento depende de su pasado [4] [6] [7]. Los diagramas de estados se utilizan para representar gráficamente las máquinas de estados. El objeto de aprendizaje desarrollado está enfocado hacia la elaboración de diagramas de estados como herramienta de modelado. 2 Enfoque Metodológico: ISD-MeLO Plus 2.1 Diseño Instruccional En la construcción de un objeto de aprendizaje se vinculan metodologías de desarrollo de software con modelos de diseño instruccional. Para obtener un producto de calidad integral, el diseño instruccional debe fungir como directriz en el proceso de desarrollo de software. Se entiende como diseño instruccional al proceso tecnológico que especifica, organiza y desarrolla los distintos elementos de la situación de enseñanzaaprendizaje [10]. Requiere considerar que: (a) los materiales didácticos deben comprender diversas formas de entregar los contenidos; (b) el estudiante es el centro de atención, por lo que el nivel de interacción y tipo de la misma es un elemento importante; y (c) debe promoverse un rol activo en los aprendices a fin de asegurar la apropiada adquisición de conocimientos y estimular la investigación [11]. 2.2 Metodología ISD-MeLO (Instructional Systems Development Methodology based on e-learning Objects) Esta metodología está enfocada en el diseño y desarrollo de contenido educativo a ser entregado a través de la web. Se basa en el modelo de diseño instruccional ADDIE, el cual incluye las siguientes fases: Análisis, Diseño, Desarrollo, Implementación y Evaluación. Contempla que el ensamblaje de los objetos de aprendizaje sea realizado por el diseñador instruccional en base a su criterio y experiencia [13]. Tiene un enfoque ecléctico desde la perspectiva de las Teorías de Aprendizaje, lo cual le proporciona flexibilidad para aplicarse en una amplia diversidad de situaciones de aprendizaje [12]. La Tabla 1 muestra las fases y actividades de ISD-MeLO. Tabla 1. Fases y actividades de ISD-MeLO Fases Análisis Actividades Análisis del perfil del aprendiz Análisis del problema Búsqueda de objetos de aprendizaje que se ajusten los objetivos educativos Análisis del entorno Mantener la metadata

4 Fases Diseño Desarrollo Implementación Evaluación Actividades Análisis de la tarea Análisis de contenido Identificar la estructura de los objetos de aprendizaje Establecer la secuencia de la instrucción Categorizar los objetos de aprendizaje Especificar los objetos de aprendizaje Mantener la metadata en el diseño del contenido Modelar al usuario para diseñar la interfaz de los objetos de aprendizaje Análisis de la tarea del usuario Encontrar una metáfora Diseño del look de la interfaz Diseño del feel de la interfaz Desarrollar prototipo y evaluar Mantener la metadata en el diseño de la interfaz Búsqueda de objetos de aprendizaje en ambientes de bases de datos o en la web Construir los objetos de aprendizaje Efectuar el control de la calidad Almacenar los objetos de aprendizaje en un ambiente de base de datos Mantener la metadata Seleccionar la estrategia para integrar los objetos de aprendizaje en un producto Seleccionar el modo de entrega más adecuado Crear un plan de gestión Ejecutar el producto con la estrategia de entrega seleccionada Hacer seguimiento del progreso Llevar a cabo una evaluación formativa Llevar a cabo una evaluación sumativa 2.2 Propuesta Metodológica Con la finalidad de ayudar al diseñador instruccional y a los diseñadores y desarrolladores de software a establecer con mayor precisión las características del producto que se desarrolla, se propone una extensión en ISD-MeLO. En primer lugar se propone una Fase previa de Preparación, en la cual se fijaran ciertas pautas que definirán las características del producto que se obtenga. Cabe mencionar que en la metodología ISD-MeLO las fases originales pueden ejecutarse en forma iterativa, esta etapa adicional no requiere de iteraciones pues una vez que en un grupo de trabajo u organización se han definido esquemas de clasificación y modelos de calidad, la revisión de los mismos no tiene que acompañar a cada nuevo desarrollo, dependerá de la efectividad de lo establecido, en base a revisiones periódicas considerando las experiencias obtenidas y la eficiencia de los objetos de aprendizaje generados. Esta Fase previa de Preparación contempla dos actividades: definición de una taxonomía para los objetos de aprendizaje y el establecimiento de un modelo de calidad. Los esquemas de clasificación o taxonomías contribuyen a la definición de la granularidad de los objetos básicos que integren un objeto de aprendizaje más complejo como una lección o curso, ésto

5 permite mantener la atención en la reutilización y la adaptabilidad de los desarrollos. Igualmente conducen a la especificación detallada de los objetivos y del rol de cada objeto de aprendizaje. El modelo de calidad establece una referencia para asegurar que el objeto de aprendizaje cumple con los requisitos funcionales, técnicos, estéticos y pedagógicos establecidos para su desarrollo. Asimismo servirá como criterio para respaldar la decisión de reutilización de objetos de aprendizaje desarrollados por terceros. Con la finalidad de complementar las fases subsiguientes de ISD-MeLO, se sugiere incorporar nuevas actividades relacionadas a la definición y selección de estrategias de enseñanza y aprendizaje en las Fases de Análisis y Diseño. Para abordar la estructuración, selección y/o desarrollo de objetos de aprendizaje es apropiado definir previamente las estrategias de enseñanza y aprendizaje que puedan apoyar en la situación educativa que se analiza, para ello se utilizará la información obtenida sobre los objetivos, los aprendices, la tarea y el contenido. En la Tabla 2 se presentan las fases y actividades de ISD-MeLO Plus el cual contiene las modificaciones propuestas. Tabla 2. Fases y actividades de ISD-MeLO+ (ISD-MeLO Plus). El signo + identifica la fase y las actividades incorporadas Fases + Preparación Análisis Diseño Desarrollo Actividades + Definir taxonomía de objetos de aprendizaje a utilizar + Establecer un modelo de calidad de los objetos de aprendizaje Análisis del perfil del aprendiz Análisis del problema + Revisión de estrategias de enseñanza y aprendizaje Búsqueda de objetos de aprendizaje que se ajusten los objetivos educativos Análisis del entorno Mantener la metadata Análisis de la tarea Análisis de contenido + Definir estrategias de enseñanza y aprendizaje Identificar la estructura de los objetos de aprendizaje Establecer la secuencia de la instrucción Categorizar los objetos de aprendizaje Especificar los objetos de aprendizaje Mantener la metadata en el diseño del contenido Modelar al usuario para diseñar la interfaz de los objetos de aprendizaje Análisis de la tarea del usuario Encontrar una metáfora Diseño del look de la interfaz Diseño del feel de la interfaz Desarrollar prototipo y evaluar Mantener la metadata en el diseño de la interfaz Búsqueda de objetos de aprendizaje en ambientes de bases de datos o en la web Construir los objetos de aprendizaje Efectuar el control de la calidad Almacenar los objetos de aprendizaje en un ambiente de base de datos Mantener la metadata

6 Fases Implementación Evaluación Actividades Seleccionar la estrategia para integrar los objetos de aprendizaje en un producto Seleccionar el modo de entrega más adecuado Crear un plan de gestión Ejecutar el producto con la estrategia de entrega seleccionada Hacer seguimiento del progreso Llevar a cabo una evaluación formativa Llevar a cabo una evaluación sumativa 3 Construcción del Objeto de Aprendizaje 3.1 Resultados de las Fases de Preparación y Análisis En la Fase de Preparación se estableció el modelo de calidad, el cual se basa en las propuestas de evaluación de objetos de aprendizaje presentadas en [15] y [16], en ambas se propone un enfoque integral para la revisión de los objetos. El modelo de calidad de referencia contempla la agrupación de características en diferentes tópicos para establecer el nivel de calidad de un objeto de aprendizaje combinando aspectos instruccionales y otros inherentes al software [15] [16]. En lo referente a la taxonomía de los objetos de aprendizaje se aplicó, en primer lugar, la propuesta de [14] la cual permite canalizar el diseño instruccional en lo que concierne a la forma de propiciar el aprendizaje. En base a esta taxonomía se ubicó al objeto de aprendizaje como un objeto de instrucción con la modalidad de lección. Tomando en cuenta que pueden haber objetos de aprendizaje compuestos, se definió una taxonomía para ubicar cada elemento dentro de la organización de objetos. Lo anterior contribuye al análisis de la granularidad, la reutilización y a la definición del rol de cada objeto. Para ello se estableció un esquema básico de dos niveles fundamentado en base a [17], [18], [19] y [20]. El primer nivel de clasificación de los objetos establecería si éstos según su objetivo son: globales, temáticos o específicos [17]. En el segundo nivel se determinaría en base al rol del objeto dentro del conjunto, en este caso podría ser de información, aplicación o de acoplamiento [18] [19]. La Tabla 3 presenta las definiciones empleadas en esta taxonomía. Tabla 3. Definiciones sobre clasificaciones de objetos de aprendizaje Objetos globales Presenta un objetivo general, que puede ser la base para el desarrollo de objetos con objetivos más específicos [17]. Objetos temáticos Presenta un objetivo orientado a un tema específico, que puede permitir el desarrollo de objetos aún más específicos [17]. Objetos específicos Presenta un objetivo orientado a un aspecto específico de un tema, siendo el mayor nivel de especificidad a nivel de los objetivos [17].

7 Objetos de información Representan un conjunto de elementos de información. Según el nivel cognitivo se clasifican en: concepto, hecho, procedimiento, principio y proceso [19] [20]. Objetos de acoplamiento Cumplen todas las características de un objeto de aprendizaje, sin embargo, no tienen sentido por sí mismos y dependen totalmente del objeto de aprendizaje al que acompañan. Además son específicos de la situación de aprendizaje concreta para la que se han creado y no sirven en otra situación [18]. Objetos de aplicación Son objetos de aprendizaje que pueden funcionar en forma independiente aunque contribuyan a conformar otro objeto de aprendizaje mayor [19]. Este esquema de clasificación se aplicar conforme se va determinando la estructura de objetos de aprendizaje a utilizar. Con respecto a la Fase de Análisis se revisaron los siguientes elementos: (1) el perfil de los aprendices, (2) el problema, (3) posibles estrategias de enseñanza y aprendizaje, (4) los objetos de aprendizaje existentes y (5) el entorno. En lo que referente al perfil del aprendiz se identificaron las siguientes características: estudiantes a nivel de licenciatura (pregrado) de carreras relacionadas con el área de sistemas de información e ingeniería de software, de ambos géneros, cuyas edades estarían entre 18 y 22 años. Durante esta fase se efectuó la búsqueda de material educativo que pudiera servir de base. Se encontró gran variedad de material, aunque pocos en los repositorios de objetos de aprendizaje de acceso público. La mayor parte del material encontrado presentaba el contenido asumiendo cierta experiencia en el diseño de sistemas, razón por la que se optó a desarrollar un objeto de aprendizaje que sirviese de introducción a la temática sin presuponer pericia sobre el tema en los aprendices. En lo que respecta a las estrategias de enseñanza y aprendizaje, dada la naturaleza de los contenidos se determinó que éstas debían apoyar: (1) la clarificación de objetivos, (2) la secuenciación del proceso, (3) la anticipación de errores, (4) la exposición de contenidos declarativos y (5) el análisis de las realizaciones. 3.2 Resultados de la Fase de Diseño y Desarrollo En la Fase de Diseño se efectuaron las siguientes actividades: (1) análisis de la tarea, (2) análisis del contenido, (3) definición de la estructura y organización de los objetos de aprendizaje y (4) diseño de la interfaz. La estructura definida para el objeto de aprendizaje se muestra en la Figura 1. Para regular la cantidad de contenido presentada y evitar la recarga de los despliegues en pantalla se hace uso de hipervínculos, videos cortos y el empleo de estructuras de programación que facilitaran la exposición de contenidos (funciones en Javascript). El objeto en su pantalla inicial presenta el objetivo del mismo y la estructura de los contenidos. Éstos se distribuyen en cinco bloques. El primero aborda el concepto de máquina de estados, esboza los elementos básicos para su diseño. El segundo bloque presenta conceptos fundamentales para el uso de máquinas de estados en el modelado de sistemas. En el tercer bloque, se delinean algunas consideraciones a tener en

8 cuenta al modelar máquinas de estados. En el cuarto bloque se presenta un caso de estudio; se muestra un ejemplo real analizando los detalles de cada estado para que se identifiquen las características de aquellos elementos de un sistema en cuyo modelado resulte pertinente utilizar máquinas de estados. Por último, el quinto bloque provee un conjunto de preguntas que permitirán al aprendiz medir su progreso en el aprendizaje del tema. Figura 1. Estructura del Objeto de Aprendizaje En la Fase de Desarrollo se definió representar la estructura propuesta por medio de un sitio web utilizando el software Macromedia Dreamweaver. Para facilitar la presentación de los contenidos textuales se utilizaron estructuras de apoyo, en Javascript, que simulan presentaciones (Figura 2). Figura 2. Vista del Objeto de Aprendizaje

9 Como mecanismo de consolidación del aprendizaje se seleccionó el caso de estudio antes mencionado, el cual es presentado a través de: imágenes con hipervínculos, texto y videos explicativos del comportamiento modelado. Cabe destacar que conforme se avanza en los procesos de análisis, diseño y desarrollo, ISD- MeLO plantea ir recabando la información necesaria para los metadatos. Esta se fué recopilando para generar un archivo XML con los metadatos a través del editor de metadatos LomPad versión 1.0 que utiliza el estándar LOM (Learning Object Metadata) IEEE Posteriormente, para proveer al objeto de aprendizaje de interoperabilidad y que pueda ser usado en diferentes plataformas de aprendizaje se procedió a colocarlo bajo el formato SCORM (Shareable Content Object Reference Model) utilizando el software RELOAD Metadata and Content Packaging Editor versión Resultados de la Fase de Implementación y Evaluación La Fase de Implementación consistió en instalar el objeto de aprendizaje en un LMS (Learning Management System), en este caso Moodle para que pueda ser accesado por potenciales aprendices. El objeto de aprendizaje fue sometido a evaluación por expertos en contenido y en el desarrollo de objetos de aprendizaje. Se utilizaron como instrumentos de evaluación los planteados en [15] y [16]. Aún no ha sido expuesto a la audiencia objetivo para la que fue desarrollado. 4 Discusión y Conclusiones Actualmente muchos docentes desarrollan material instruccional en formato electrónico, usualmente, este material es accedido por grupos específicos de aprendices que son los únicos que conocen de su existencia y tienen acceso a él. Especificar el material instruccional o didáctico en la forma de objetos de aprendizaje permite dotar al producto generado de características que se reflejarán en una mejora de su usabilidad y disponibilidad. El hecho de que la elaboración de los objetos de aprendizaje incluya el uso de estándares permite la obtención de material instruccional que pueda ser compartido entre grupos de aprendices con necesidades instruccionales similares. Por otro lado, la concepción de un objeto de aprendizaje está fundamentada no sólo en contenidos especializados y recursos computacionales, sino que requiere de un diseño instruccional que dirige el proceso de diseño y desarrollo. Esta característica incide en la calidad del producto y debe asegurar que los requerimientos técnicos, funcionales y estéticos estén subordinados a los objetivos pedagógicos. La metodología empleada ISD-MeLO tiene una clara orientación hacia el cumplimiento de los objetivos instruccionales, evidente en su fundamento en el modelo de diseño instruccional ADDIE y en el enfoque ecléctico que sostiene desde la perspectiva de las Teorias de Aprendizaje. La aplicación de ISD-MeLO en este desarrollo permitió experimentar en forma directa la estrecha vinculación que debe existir entre los elementos pedagógicos y los recursos digitales, asimismo destacó el rol de una adecuada planificación y organización del proceso.

10 Referencias 1. Wiley, D. A. Connecting learning objects to instructional design theory. Consultado el en chapters/wiley.doc (2000). 2. Wiley, D. A. Learning object design and sequencing theory. Consultado el en (2000). 3. Amorós, L. Objeto de Aprendizaje. Presentado en Edutec 2003, Venezuela. Consultado el en (2003). 4. Booch, G.; Rumbaugh, J. y Jacobson, I. El Lenguaje Unificado de Modelado. España: Addison Wesley Iberoamericana (1999). 5. Arlow, J. y Neustadt, I. UML 2. España: Ediciones Anaya Multimedia (2005). 6. Von Hanxleden, R. Modeling Reactive Systems. Consultado el en -trans.pdf (2004). 7. Douglass, B. State Machines and Statecharts. Consultado el en (2001). 8. Barajas, A.; Muñoz, J. y Álvarez, F. Modelo Instruccional para el Diseño de Objetos de Aprendizaje: Modelo MIDOA. Consultado el en comtics/164-abs.pdf (2007). 9. Longmire, W. A Primer on Learning Objects. Consultado el en (2000). 10. Salinas, J. y Urbina, S. Bases para el diseño, la producción y la evaluación de procesos de Enseñanza-Aprendizaje mediante nuevas tecnologías. En: J. Cabero (Coordinador). Nuevas Tecnologías aplicadas a la Educación. España: McGraw-Hill Interamericana de España, S.A. (2007). 11. Guardia, L. El diseño formativo. En: J. Duart y A. Sangrá (Compiladores). Aprender en la virtualidad. España: Editorial Gedisa, S. A. (2000). 12. Baruque, L. y Melo, R. Applying Learning Theory in the Design of Learning Objects. Consultado el en ftp://ftp.inf.puc-rio.br/pub/docs/techreports/04_19_baruque. pdf (2004). 13. Baruque, L. y Melo, R. Learning Theory and Instructional Design using Learning Object. Consultado el en busan03/materials/ws/education/ articles/baruque.pdf (2004). 14. ASTD y Smartforce. A Field Guide to Learning Objects. Consultado el en 87B/ 3698/smartforce.pdf (2000). 15. Ruíz, R.; Muñoz, J. y Álvarez, F. Formato para la Determinación de la Calidad de los Objetos de Aprendizaje. Consultado el en index.php?option=com_docman&task=doc_view&gid=6 (2007). 16. Nesbit, J.; Belfer, K. y Leacock T. Learning Object Review Instrument. Consultado el en Articles/LORI%201.5.pdf (2003). 17. APROA. Manual de Buenas Prácticas para el Desarrollo de Objetos de Aprendizaje. Chile: FONDEF (2005). 18. Martínez, S.; Bonet, P.; Cáceres, P.; Fargueta, F. y García, E. Los Objetos de Aprendizaje como recurso de calidad para la docencia. Consultado el en: (2007). 19. Verbert, K. y Duval, E. Towards a Global Component Architecture for Learning Objects. Consultado el en pdfversion/41315.pdf (2003). 20. Cisco Systems. Reusable Learning Object Strategy. Consultado el en 07_03.pdf (2003).