Simulación virtual (e-lab) de las prácticas de Fundamentos y Técnicas Inmunológicas

Transcripción

1 Simulación virtual (e-lab) de las prácticas de Fundamentos y Técnicas Inmunológicas Jose A. Escario García-Trevijano José Luis Guillén Llera Alicia Gómez Barrio Departamento de Parasitología. Facultad de Farmacia. Universidad Complutense. escario@farm.ucm.es Alvar Semprún Wilde (coordinador) Ángel Revuelta González-Herra Pedro Gracia Ampuria Resumen: En el campo de la enseñanza de materias experimentales, el mayor coste de las clases prácticas, la necesidad de impartirlas en grupos más reducidos y la falta material de espacio y tiempo, ha provocado la pérdida de la coordinación teoría/practica y, consecuentemente, el concepto integral de la asignatura. Aprovechando el enorme desarrollo que han experimentado las aplicaciones multimedia y applets, que conjugan la animación con interactividad y la aplicación de las nuevas técnicas, hemos querido efectuar un diseño interactivo en 3D, mediante el cual el discente pueda realizar las practicas reales de forma virtual. Se ha realizado, para la asignatura de Inmunología, la simulación de una práctica (Inmunofluorescencia) de forma completa en un laboratorio virtual. El discente, conociendo qué metodología debe aplicar, debe escoger tanto los reactivos como los materiales necesarios para llevar a cabo la práctica. Finalmente el alumno recibirá una puntuación en base a los errores cometidos durante su ejecución. Palabras clave: Inmunología. Inmunofluorescencia. Toxoplasma. 3D. Virtual. Abstract: In the teaching of experimental subjects, the high cost of the practical lessons, the need of smaller groups and the lack of space and time, has caused both the lost of coordination between theory and practice, and, consequently, the integral concept of the subject. Taking advantage of the enormous development that have experienced the multimedia applications and "applets" which combines the animation and interactivity and the implementation of the new techniques, a design 3D interactive has been developed. This allow the student to carry out the practices in a virtual form. So, a simulation of an immunofluorescence reaction maybe made in a virtual laboratory. The scholar, knowing that methodology must implement, should choose both the reagents as the materials needed to carry out the practice. Finally the student receives a score on the basis of mistakes committed. Key words: Immunology. Immunofluorescence. Toxoplasma. 3D. Virtual

2 INTRODUCCION La aparición de las nuevas tecnologías de la información y comunicación (TIC), como e-learning y, el b-learning proporcionan las herramientas necesarias para dotar de interactividad a las enseñanzas y facilitar la comprensión de los conceptos científicos, de acuerdo con los objetivos propuestos en el EEEs. En este sentido, si su aplicación a las enseñanzas teóricas deriva en un mejor aprovechamiento, su aplicación a las enseñanzas prácticas supone un gran avance en la aplicación de los conceptos teóricos. En este sentido, el mayor coste de las enseñanzas prácticas, la necesidad de impartirlas en grupos mas reducidos y la falta material de espacio y tiempo, ha hecho que en la Universidad Española, las prácticas se reduzcan a un corto espacio de tiempo condensado, y en muchos casos impartidas, por necesidades de programación, antes de los necesarios conceptos teóricos. La consecuencia de todo esto, es la perdida de la coordinación teoría/practica y que ambas enseñanzas se impartan de manera casi independiente, perdiéndose el concepto integral de la asignatura. Para solventar el problema, han surgido grupos que empleando esta tecnología han implementado laboratorios virtuales, con resultados muy prometedores. A modo de ejemplo, en la ETS de Industriales de la Universidad Politécnica, se ha desarrollado un simulador para prácticas de topografía Del Olmo y col. (2005). En otros países ya se han aplicado al ámbito de las Ciencias de la Salud, como el laboratorio virtual de Patología de la Universidad de Ciencias Médicas de Argentina. Dentro de nuestra propia Universidad destaca el proyecto sobre Curso y prácticas virtuales como complemento en la enseñanza de Sistemas Lineales del Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática de la Facultad de CC Fisicas J.A. López-Orozco, (2001), o las prácticas del Departamento de Física Nuclear Fis. Nuclear (2008) En el campo de la inmunología, el elevado coste de kits comerciales y la falta de material biológico necesarios para efectuar técnicas inmunológicas, unido al riesgo que supone en algunos casos la manipulación de muestras infecciosas limita en gran medida la tarea experimental a desarrollar por los alumnos. Aprovechando el enorme desarrollo que han experimentado las aplicaciones multimedia y applets que conjugan la animación con interactividad y la aplicación de las nuevas técnicas, conocidas como e-lab o weblab, es posible sin sustituir completamente el trabajo del alumno en el laboratorio real, sí paliar de algún modo las deficiencias señaladas y ampliar el estudio de técnicas recurriendo al laboratorio virtual. Como complemento al proyecto b-learning en la asignatura de Fundamentos y Técnicas Inmunológicas, en el que se ha desarrollado los conceptos teóricos de la asignatura de acuerdo al programa de la asignatura. Se pretende en esta segunda parte abordar los contenidos prácticos, especialmente las técnicas que los alumnos abordan de manera real en el laboratorio. OBJETIVOS Los objetivos podrían resumirse en dos puntos esenciales: 1.- Desarrollo animado interactivo de las prácticas que los alumnos realizan en el laboratorio.

3 2.- Desarrollo en 3D de una de las practicas que los alumnos realizan de forma real en el laboratorio. METODOLOGIA Para el desarrollo del primer punto de los objetivos propuestos, se ha utilizado tanto la animación basada en cuadros, como la animación basada en repartos (Sprites). Como herramientas de diseño se han utilizado, para los dibujos el COREL DRAW 3x, y Macromedia Fireworks 8, compatibles con los programas COREL R.A.V.E. 3.0 y Adobe Macromedia Flash 8, como programas de diseño de animaciones y video. Finalmente las películas creadas se han exportado al formato de gráficos vectoriales SWF. Dicho formato genera archivos de pequeño tamaño que permiten la interactividad y que funcionan en cualquier plataforma, aun sobre un ancho de banda reducido. Tan solo es necesario para ello instalar un reproductor o un plugin para el navegador y sistemas operativos en concreto. Este paso permitirá incluir el contenido del proyecto en el campus virtual de la complutense, para que los alumnos realicen y recuerden las practicas realizadas. Para el desarrollo del segundo punto de los objetivos propuestos, se ha utilizado animación 3D y programación flash basada en guiones de programación. Como herramientas de diseño se ha utilizado para la interface 3ds Max 9 y para la programación Adobe Macromedia Flash CS3. Para realizar la interface a sido necesario diseñar los objetos y el personaje, modelarlos, texturizarlos y ponerlos en conjunto y hacer una iluminación con la aplicación mental-ray, ya que el personaje está animado. Se ha realizado un skin para la animación del cuerpo y rigin facial para la animación de las expresiones de la cara, la animación del personaje ha sido configurada en bloques de 25 fotogramas marcados por frames de animación. Una vez terminado todo el proceso, puesto en conjunto y hecha la iluminación se ha procedido a renderizar por un lado el laboratorio virtual, por otro lado los objetos que el alumno podrá coger, soltar y mover, el tiempo de estos renders es de unos pocos minutos por el contrario el render de las animaciones de una media de 3 segundos es decir 75 fotogramas ha sido realizado a un tamaño de 900x778 con motor de render mental-ray en un tiempo de 20 horas por animación. En la programación flash ha sido necesario importar las animaciones a la primera se la ha añadido un botón con un enlace a la segunda animación a la que se le ha añadido una ventana de texto al final de la cual hay otros dos botones una para ir a la práctica y otro para ir a los videos. Se ha importado el laboratorio a modo de fondo y los objetos sueltos con canal alfa para poder moverse a través del escenario, el cursor ha sido sustituido por el objeto brazo con la aplicación lisener, este brazo será el que se use para moverse a través de la práctica además de los botones de dirección del teclado para pasar de una parte a otra del laboratorio. Todos los objetos han sido nombrados de manera que cuando el cursor brazo pase por encima de ellos aparecerá un cartelito con el nombre. La práctica ha sido dividida en doce pasos de manera que si no se completa el primero no se puede pasar al segundo y una vez hecho el primero no se puede volver a este, durante toda la realización de la práctica aparecerán

4 carteles informativos de las acciones que se realizan y de los fallos que se cometen ya que una vez terminada la práctica se pasa a la tercera pantalla animada en la que se reflejan el tipo de fallo cometido. RESULTADOS Se ha desarrollado una aplicación, mediante la que los alumnos, de forma interactiva y de manera gráfica, pueden ir siguiendo, paso a paso, como se producen las reacciones inmunológicas y entender los fundamentos teóricos de las practicas realizadas de forma real en el laboratorio. Finalmente los alumnos pueden ver de forma virtual y real los resultados obtenidos. para una de las prácticas (Inmunofluorescencia), se ha desarrollado una aplicación piloto, en la que se da entrada a un personaje, con el que los alumnos deben ejecutar virtualmente la práctica. Para ello: en un primera fase, deben escoger adecuadamente los reactivos y muestras necesarias y posteriormente seguir los pasos adecuados para su realización. Finalmente podrán observar el resultado de la práctica. En caso de error el programa advertirá al alumno, al final de la misma, que la ejecución ha sido errónea otorgando una calificación numérica. Figura 1. Diseño del profesor de la práctica virtual

5 Figura 2. Explicación escrita de la práctica virtual Figura 3. Fundamento teórico de la reacción Figura 4. Realización virtual de la práctica

6 Figura 5. Resultado final de la práctica en un caso positivo BIBLIOGRAFÍA Del Olmo González, A., Martínez Muneta, M. L., & Carretero Díaz, A. (2005). Desarrollo de un simulador para realizar prácticas virtuales de topografía utilizando gráficos WEB3D. López-Orozco., J.A. B. A.-T.-M. (2001). Curso y prácticas virtuales como complemento en la enseñanza de Sistemas Lineales.