DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CURSO DE PROGRAMACIÓN CON NXC INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIÓN DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA TELEMÁTICA Grupo 91 MORILLO ARROYO, Diego 100047359 RODRÍGUEZ CARRIÓN, Alicia 100047338
Diseño e implementación de un curso de programación con NXC 1 ÍNDICE DE CONTENIDOS ÍNDICE DE CONTENIDOS... 1 1. INTRODUCCIÓN... 2 2. DISEÑO... 4 3. IMPLEMENTACIÓN... 5 APLICACIÓN DE CONTROL REMOTO DE ROBOTS NXC... 7 4. CONCLUSIONES... 10
Diseño e implementación de un curso de programación con NXC 2 1. INTRODUCCIÓN El próximo curso se empieza a implantar en algunas universidades madrileñas el nuevo plan de estudios según el compromiso adquirido con la Declaración de Bolonia. Uno de las principales características de estos nuevos planes es que se pretende que el alumno dedique más horas al trabajo fuera de la universidad, reduciendo así el número de horas de clases presenciales. Sin embargo, este cambio plantea un problema cuando se intenta aplicar a asignaturas con un alto contenido práctico y que además necesitan materiales específicos. Cómo trabajar sobre estas prácticas desde casa? Concretando un poco más, se puede tomar el ejemplo de las prácticas con robots. Hasta este curso, una de las asignaturas de Ingeniería de Telecomunicación de la Universidad Carlos III de Madrid incluía unas prácticas sobre inteligencia artificial en las que se hacía uso de los robots Lego MindStorms. Esto ya de por sí suponía un esfuerzo extra por parte de los alumnos, que además de estudiar la parte teórica, tenían que aprender un nuevo lenguaje de programación y dedicarle tiempo a resolver los problemas de inteligencia artificial propuestos basándose en la programación de estos robots Lego. Sin embargo, este método era muy útil para comprender realmente los algoritmos e ideas detrás de la inteligencia artificial. El problema surge cuando las horas de laboratorio son reducidas al mínimo para trasladarlas al trabajo fuera del aula. Pero, con qué materiales? Los alumnos no tienen por qué tener en sus casas un pack de Lego MindStorms, y debido a su coste no se puede obligar a comprarlos. De hecho, extendiendo este ejemplo a todas las áreas que puede abarcar por ejemplo una ingeniería, los alumnos tampoco tienen por qué tener los materiales que se pueden encontrar en los laboratorios de química, mecánica, electrónica, telemática en sus casas. Sin embargo, en grados tan técnicos como estos, el hecho de suprimir todas estas horas de prácticas significa perder más de la mitad del aprendizaje, ya que es a través de la puesta en práctica de los conceptos teóricos como se asimilan realmente. Ante este panorama se plantea la siguiente pregunta: cómo llevar las prácticas a entornos fuera de los laboratorios? Una posible solución, que podría ser válida para el caso concreto del curso sobre programación de robots que se explicaba anteriormente, sería el uso de un curso online que apoyara las clases presenciales y las reducidas horas de prácticas. En este trabajo se hace un estudio del diseño de dicho curso de apoyo online, así como de la implementación en la que se traduce dicho diseño, y para la cual se ha hecho uso de la herramienta Dokeos. Para acceder al curso, basta con visitar http://campus.dokeos.com/index.php. El siguiente usuario y contraseña sirven para acceder al curso como administrador: Nombre: AliciaRC Contraseña: labsoftcom En caso de querer acceder como alumno, simplemente hay que registrarse y buscar el curso denominado Dando vida a los robots. La motivación de este trabajo es la creación del curso más que el contenido teórico sobre el tema del mismo, por lo tanto la mayoría de las explicaciones de teoría están basadas en el orden y ejemplos presentes en el documento Not exactly C (NXC) Programmer's Guide, el cual está disponible en la sección de documentos del curso de Dokeos. Sin embargo, ciertas anotaciones que no están presentes en el documento y que
Diseño e implementación de un curso de programación con NXC 3 se han considerado imprescindibles (como las estructuras switch y for) si son de redacción propia, tanto los ejemplos como la explicación. De la misma manera, las tres prácticas incluidas en la evaluación de la asignatura (los dos ejercicios y el proyecto final) están basadas en las prácticas realizadas en la asignatura Inteligencia en redes de comunicaciones, puesto que lo importante no es el enunciado de la práctica en sí, sino su inclusión en el curso. En las siguientes secciones se explicarán las bases del diseño del curso así como la justificación de las herramientas, formatos y estructuras usadas dentro del propio curso en implementado en Dokeos.
Diseño e implementación de un curso de programación con NXC 4 2. DISEÑO Para el diseño del curso se han tenido en cuenta sobre todo tres aspectos: las limitaciones del calendario, el público al que va dirigido y el carácter mayoritariamente práctico de la materia. Como se comentó anteriormente, este curso se encuadraría dentro de una asignatura cuatrimestral de tres créditos para alumnos de una facultad de ingeniería, y serviría como apoyo a las clases de laboratorio. Puesto que la asignatura está pensada para tener solo contenido práctico presencial, toda la parte teórica se presenta en Dokeos. Por lo tanto, la audiencia estaría formada en su mayoría por jóvenes de entre 18 y 24 años (dependiendo del curso en el que se incluyera la asignatura y teniendo en cuenta a alumnos que podrían haber repetido cursos). Dado que están estudiando una carrera técnica, se presupone al menos un dominio básico de la informática e Internet, con lo cual no habrá muchos problemas en cuanto a aspectos de manejo de la interfaz del curso. Además, puesto que la carga lectiva de estas titulaciones suele ser muy alta, es necesario que la asignatura resulte atractiva a los alumnos, para conseguir la motivación necesaria que ayude a seguirla de forma activa. Asimismo, también hay que tener en cuenta que el grupo de alumnos será heterogéneo: desde aquellos que tengan interés en el tema y puedan avanzar rápidamente casi sin ayuda, o que incluso ya tengan conocimientos sobre la materia, hasta aquellos que sencillamente estén cursando la asignatura por obligación o que no tengan facilidad para la programación aunque les guste. Por ellos serán necesarios varios modelos de aprendizaje, desde aquel que empiece desde cero y use ejemplos y ejercicios de autoevaluación para afianzar los conceptos básicos de programación, hasta el que empiece directamente con aplicaciones prácticas en las que se compruebe que el alumno no solo es capaz de usar un lenguaje nuevo de programación correctamente, sino que también es capaz de aplicarlo a la resolución de ciertos problemas de complejidad variada. En cuanto al problema del carácter práctico y la realización de la mayor parte del trabajo fuera del laboratorio, se necesitan por un lado un apoyo extra por parte del profesorado en forma de tutorías para resolver las dudas que le vayan surgiendo al alumno, así como herramientas que intenten llevar el laboratorio a otros entornos como una biblioteca o la propia casa del estudiante. De esta forma los alumnos pueden hacer todas las pruebas que necesiten antes de diseñar e implementar sus tareas, e incluso hacer ciertas pruebas de funcionalidad de los ejercicios. Uno de los inconvenientes de estas herramientas es que necesitarán un gran ancho de banda para ver mediante videos el comportamiento en tiempo real del robot con cada prueba que realicen. Sin embargo, tal vez haya alumnos que no dispongan de tal conexión. No obstante, podrían usar las instalaciones de las bibliotecas públicas o las aulas informáticas de la propia universidad. En la siguiente sección se explicará cómo se han traducido todas estas decisiones de diseño en la implementación del curso usando el LMS Dokeos.
Diseño e implementación de un curso de programación con NXC 5 3. IMPLEMENTACIÓN Tras tener una primera idea del diseño del curso, llega el momento de materializarlo, y para ello se hará uso de las herramientas que ofrece la plataforma Dokeos. A continuación se irán analizando las necesidades del curso que se mencionaron en el apartado de diseño para darles solución con las posibilidades que ofrece está herramienta: - Público heterogéneo. Este problema se ataca desde dos frentes: o Creación de dos itinerarios de aprendizaje. El primero de ellos de nivel básico, por el que sólo tendrán que transitar aquellos alumnos que empiecen desde cero con el lenguaje de programación NXC o que quieran dar un repaso al mismo. Este itinerario se caracteriza por presentar sus contenidos muy estructurados y por el uso de numerosos ejemplos para una mejor comprensión. El segundo itinerario es común para todos los alumnos y presupone un conocimiento previo del lenguaje de programación y cierto manejo de las funciones específicas del API de NXC para el manejo de los distintos dispositivos con los que cuentan los robots, ya sea debido a conocimientos previos o por haber realizado el primer itinerario. Este segundo itinerario se compone de dos ejercicios prácticos en los que se irán poniendo en práctica los conocimientos teóricos adquiridos y pretende que el alumno empiece a trasladar estructuras aisladas como bucles, temporizadores, manejo de sensores/motores al diseño de soluciones de problemas prácticos basados en el uso de dichas estructuras. Cada ejercicio irá subiendo un peldaño en complejidad, exigiendo, paulatinamente, el uso de más dispositivos. Una vez que el alumno haya superado estos dos ejercicios, se enfrentará a dos nuevos retos. Por un lado un trabajo teórico en el que, tras una primera aproximación personal a las posibilidades de los robots, el alumno deberá reflexionar y comentar las utilidades que pueden tener en la vida real este tipo de dispositivos. Y finalmente, la lista de tareas acabará con un proyecto final que consistirá en aplicar todos los conocimientos adquiridos al diseño de una solución a un problema más complejo. Éste último ejercicio vendrá acompañado de una competición a final de curso en el que ganará el alumno/grupo de alumnos con un robot más sofisticado, bien porque tenga una solución mejor del problema, bien porque hayan incluido mejoras interesantes además del objetivo principal. o Apartados opcionales. Como todo el alumnado no tendrá la misma facilidad para trabajar en la asignatura, los ejercicios prácticos constarán de una parte básica que se exigirá a todos, y de otra parte opcional en la que se sugerirán diversas mejoras del objetivo inicial que se evaluarán como puntos extras sobre la nota. Asimismo serán valoradas muy positivamente toda las aportaciones personales que hagan los alumnos en sus trabajos. - Ejercicio de autoevaluación. El contenido teórico del primer itinerario estará apoyado por test de autoevaluación, que no contarán en la calificación del alumno, sino que servirán tanto para el seguimiento por parte del profesor, como para que el alumno compruebe si ha comprendido los conceptos teóricos. - Apoyo del profesor. Dada la reducción de horas de clase, los alumnos pueden necesitar un mayor apoyo del profesor fuera del horario de clase en forma de
Diseño e implementación de un curso de programación con NXC 6 tutorías. Sin embargo, si la idea es la de trasladar el trabajo a casa o a la biblioteca, no tiene mucho sentido obligar al alumno a ir a la universidad solo para una tutoría, con el consiguiente gasto de tiempo que esto supone. Por ello se pensó que podría ser útil habilitar unas horas a la semana para hacer tutorías usando el chat que proporciona Dokeos. De esta forma los profesores de la asignatura se comprometerían a estar conectados al chat los días y horas indicados, modificando, previo aviso, estas fechas en caso de que fuera necesario. - Trabajo colaborativo. Es muy típico que en asignaturas de programación existan ciertas dudas que en algún momento se le plantan a la mayoría de los estudiantes. Con las tutorías se soluciona el problema puntual de un alumno, pero como la resolución se hace de forma individual es muy probable que al poco tiempo aparezca otro alumno con la misma duda. Para tratar de evitar esto y de potenciar además el trabajo colaborativo se han habilitado dos mecanismos: o Foros, divididos por categorías, donde los alumnos pueden plantear sus dudas y responder a los problemas de otros, de forma que las soluciones queden publicadas y al alcance de todos. Se han habilitado foros específicos para cada una de las prácticas, así como dos más generales: uno para dudas referente a código en lenguaje NXC y otro para la parte hardware de los robots. o Blog de FAQ (Frequently Asked Questions), en el que el profesor puede publicar aquellas dudas o problemas que haya observado que son muy comunes entre los estudiantes. - Herramientas de motivación. Aparte de las puntuaciones de los trabajos (que suelen ser la mayor motivación de los alumnos) también se ha creado un blog en el que poder publicar todas aquellas curiosidades sobre el mundo de Lego MindStorms: videos que puedan dar ideas para las prácticas, documentos interesantes, noticias De esta forma se puede hacer la asignatura algo más dinámica, en el sentido de que los alumnos pueden encontrar información nueva a menudo y no caer plenamente en la rutina de implementar una práctica tras otra. - Planificación y avisos. Cuando una asignatura es proclive a tener muchas fechas clave (entrega de ejercicios, clases de recuperación, sesiones extra, competiciones, tutorías ) es importante una planificación clara desde el principio. Para ello, la herramienta Agenda con la que cuenta Dokeos es muy útil para tal fin. Además está muy bien complementada por la herramienta Avisos, que permite comunicar posibles cambios de última hora y mandar un e-mail con la información del aviso a todos los componentes del curso. - Entrega de ejercicios. Al igual que es una pérdida de tiempo tener que ir hasta la universidad para una tutoría, más lo es aún ir para entregar una práctica. Dokeos solventa este problema a través de la herramienta Trabajos, gracias a la cual todos los estudiantes pueden enviar sus prácticas al profesor de una forma rápida. - Problemas con la administración de la asignatura. Los blogs son una herramienta muy flexible que permite solucionar aspectos tan diversos como los que se han tratado hasta ahora (blog de curiosidades, FAQ) y se puede añadir otra utilidad como el planteamiento y resolución de problemas con la parte administrativa del curso: recuperaciones de clases, problemas con las entregas, comentarios Así se permite que los alumnos comenten todos los aspectos
Diseño e implementación de un curso de programación con NXC 7 administrativos que crean oportunos, lo que puede solucionar problemas más rápidamente y servir de ayuda para el planteamiento de la asignatura en cursos posteriores. El tema de trasladar el laboratorio a casa es algo más complejo, puesto que al ser un aspecto tan específico del curso en sí, no tiene cabida en Dokeos. Para solventarlo se hará uso de una herramienta desarrollada para un trabajo dirigido del Departamento de Ingeniería Telemática de la Universidad Carlos III de Madrid. Esta herramienta permite el manejo de los robots de forma remota. APLICACIÓN DE CONTROL REMOTO DE ROBOTS NXC Como ya se ha visto, uno de los principales objetivos del curso es favorecer que el alumno pueda desarrollar sus programas en casa, teniendo que ir únicamente a la universidad para probarlos en los robots. Para la prueba de los programas es indispensable tener un robot al que introducirle el código, puesto que no existe ningún programa para simular el comportamiento. Para solucionar este problema se ha desarrollado la herramienta que se presenta a continuación, que consiste en una aplicación online que permite ejecutar códigos de forma remota en un robot conectado permanentemente a un ordenador. NOTA. El enlace a está aplicación situado en Dokeos no es válido, sino que se trata del enlace a una página html que muestra un mensaje diciendo que no está disponible la aplicación todavía. Esto se debe a que la aplicación se podría haber colgado en nuestras cuentas de Linux de telemática, pero no hubiera servido de mucho, puesto que al no tener ni robot ni cámaras conectadas no se podría comprobar su funcionamiento. Acceso La aplicación está pensada para los alumnos que pertenezcan a la asignatura. Por este motivo se debe indicar, para poder utilizarla, el NIA de la universidad y la contraseña utilizada para acceder a aula global.
Diseño e implementación de un curso de programación con NXC 8 Utilización Al acceder a la aplicación el usuario ve la siguiente pantalla: En ella se pueden observar cuatro secciones: Código: En esta área de texto debe introducir el usuario el código que quiere probar en el robot. Resultados: Aquí se le mostrarán al usuario los errores de compilación cuando los haya. Botones: Estos cuatro botones sirven para controlar la ejecución del programa. Se puede compilar el código, comenzar o detener la ejecución del mismo en el robot o salir de la aplicación. Video: Estas dos pantallas muestran el comportamiento del robot. En este caso se observa el montaje para la práctica de Piedra, papel y tijeras, por lo que se muestra la pantalla del robot y las tres luces que se identifican con la opción elegida por el mismo. Antes de poder ejecutar el código se debe compilar el mismo (en caso de elegir ejecutar sin haber compilado se muestra un mensaje de error avisando al alumno). En la sección de resultados se muestra el resultado de la compilación: un mensaje avisando que la compilación ha sido correcta o los errores que se tienen en el código. Estos errores se muestran de la siguiente manera:
Diseño e implementación de un curso de programación con NXC 9 Además de indicar el error se muestra la línea de la misma, siendo este aviso a su vez un enlace a la parte del código correspondiente: Una vez se hayan solucionado todos los errores se puede pasar a ejecutar el código y observar si funciona correctamente. Como se habrá podido observar, esta aplicación está limitada a la prueba de códigos que no supongan movimientos del robot, puesto que el cable que conecta el robot al ordenador sería una molestia si el robot se mueve además de tener una longitud limitada. Se podría utilizar la conexión del robot por bluetooth en lugar de por usb, pero se seguiría teniendo una limitación, puesto que si el robot se sale de la zona que capta la cámara no se podría ver su comportamiento y se necesitaría una persona pendiente de volver a colocar el robot en un sitio válido.
Diseño e implementación de un curso de programación con NXC 10 4. CONCLUSIONES De la realización del curso se han podido extraer varias conclusiones. La primera de ellas es que, a pesar de que sistemas LMS como Dokeos facilitan enormemente la tarea de implementación, el paso clave sigue estando en el diseño del curso: los contenidos, el calendario, la adaptación al público al que irá dirigido, los medios de comunicación con los estudiantes, y así una larga lista de aspectos a tener en cuenta. Sin embargo, dado que Dokeos trata de ser válido para organizar y guiar cualquier tipo de curso tiene herramientas tan generales que no alcanzan algunas necesidades específicas como se ha visto en el caso del traslado del laboratorio a otros entornos. Para estos fines más específicos es necesario el desarrollo de herramientas específicas, como la presentada durante el trabajo de control remoto de los robots vía web. En cuanto a las herramientas que ofrece Dokeos, cabe destacar, además de la obvia utilidad de los itinerarios de aprendizaje, el acierto de incluir otras herramientas como la entrega de trabajos (para evitar envíos al correo electrónico), la agenda y los avisos con notificaciones por mail a todos los integrantes del curso, y la integración de blogs y foros dentro todo de la misma interfaz., de forma que es mucho más fácil, rápido e intuitivo localizar todo los recursos necesarios. Pero no todo son ventajas. También se han detectado ciertas deficiencias de la plataforma que podrían ser mejoradas. Por ejemplo, no existe una vista general de la agenda para ver el planteamiento de un mes concreto, sino que sólo se puede visualizar el mes actual. Asimismo, respecto al tema del calendario, no existe la posibilidad de añadir eventos periódicos, que suelen ser muy comunes en cualquier curso. En lo referente a la gestión de documentos, no existe la opción de mover varios documentos a otro directorio, sino que hay que hacerlo uno a uno, lo cual es muy tedioso cuando se empieza a contar con un gran volumen de ficheros. Otro de los fallos encontrados es el no poder modificar el nombre de un itinerario una vez este ha sido creado. Por último señalar también que a pesar de la gran utilidad de los blogs y de su integración en el propio Dokeos, tal vez compensa más buscar un blog externo ya que los que ofrece la plataforma son muy limitados y sólo se pueden publicar artículos textuales o con imágenes, nada de vídeos que es lo que está últimamente a la orden del día. Ahora tan sólo queda esperar para comprobar si el profesorado usará realmente plataformas como Dokeos para intentar suplir la carencia de horas lectivas y poder guiar a los nuevos estudiantes en sus andanzas fuera de las clases y los laboratorios.