Propuesta de Virtualización de la Enseñanza e Investigación en Física Nuclear
Carrillo M A, Mangussi M J
Cátedra de Física Nuclear
–
FACET - UNT
mcarrillo@herrera.unt.edu.ar ; jmangussi@herrera.unt.edu.ar
Resumen
El presente trabajo describe una primera aproximación a la inclusión de la enseñanza virtual o E-Learning en la cátedra de Física Nuclear de la Universidad Nacional de Tucumán.
Incluye la realización de una plataforma de E-learning y/o B-Learning basada en la suite de productos de uso gratuito Google.
Se presenta además un ejemplo de virtualización de trabajos prácticos de laboratorio reales desarrollado, íntegramente, mediante herramientas de producción de material educativo virtual del tipo Open Source.
Se trata de una implementación de costo cero, orientada al apoyo de actividades docentes presenciales y al potencial ofrecimiento de cursos optativos virtuales para carreras afines de otras universidades del país.
También se presenta la implementación de un espacio de comunicación y trabajo colaborativo para el grupo de investigación asociado a la cátedra aprovechando la plataforma Moodle.
Introducción:
Desde hace muchos años, se viene dictando la asignatura Física Nuclear en la Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología (FACET) de la Universidad Nacional de Tucumán (UNT). Su dictado fue tradicionalmente en el marco de la carrera Licenciatura en Física, como una asignatura optativa o de orientación. En los últimos años, su dictado se extendió a otras carreras de la FACET (Ingeniería Biomédica e Ingeniería Industrial) y una parte, se integró a la asignatura Radioquímica, optativa de varias carreras de la Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia (también de la UNT).
En vista de esto, se comenzó a pensar en la forma de posibilitar su expansión a otras carreras de universidades de provincias vecinas.
Si bien la modalidad E-learning está ampliamente difundida en diversa áreas, no es el caso de las áreas científicas y menos de la Física Nuclear.
Esta carencia, posiblemente esté causada mayormente por la falta de demanda, pero una razón también muy poderosa es la falta de confianza por parte de los docentes acerca de la efectividad de la educación virtual en aprendizajes del tipo experimental, por ejemplo, actividades de laboratorio.
Existe una marcada concepción acerca de que la única manera de aprender contenidos conceptuales y procedimentales de tipo experimental, es el contacto físico con el set experimental.
Tal idea, sumamente arraigada (y bastante atendible) es la que orientó la realización de este trabajo con miras a dotar, al producto educativo a realizar, del mayor realismo posible, de manera que el alumno experimente, desde la distancia, las vivencias de un alumno presencial.
Sobre esta base, existen diversos antecedentes, entre los que se pueden citar algunos.
Entre 1996 y 2004 la Universidad de Lunds, Suecia, implementó dos experiencias de e-learning sobre Física Medica con excelentes resultados: “Radiaciones en Medicina y cuidado de la salud” y “Física Médica para docentes” [1]. En realidad, estos cursos eran del tipo b-learning, porque requerían de un par de sesiones presenciales para, principalmente, permitir el contacto físico con el equipamiento.
En 2005, la Universidad Tecnológica de Warsaw, Polonia, presentó una propuesta de solución a esa necesidad de sesiones presenciales para prácticas de laboratorio. La solución consistía en un sistema de Instrumentación virtual de mediciones nucleares desarrollado en el entorno LabVIEW de National Instruments, alimentado con datos obtenidos en mediciones reales [2].
El entorno LabVIEW permite desarrollar instrumentos virtuales, con un muy alto nivel de realismo, íntegramente basados en PC y factibles de ser utilizados on-line. Su principal desventaja es su elevado costo.
Sobre esos antecedentes, entre otros, se decidió encarar el desarrollo de un entorno virtual de educación en Física Nuclear, que incluya entre sus herramientas la posibilidad de virtualizar experimentos de laboratorio. El entorno debía estar totalmente basado en herramientas gratuitas de la WEB 2.0. Es decir, que, tanto para el alumno como para la institución, los únicos recursos tecnológicos necesarios sean una computadora típica y un acceso a Internet.
Descripción de la plataforma de enseñanza:
completa y en constante expansión. Se evaluó la posibilidad de usar plataformas educativas ya probadas y reconocidas pero luego se descartó la idea.
La que mejor se ajustaba a la mayoría de las necesidades, era la E-ducativa [6] pero la desventaja era su costo. La provee una empresa especializada por un costo mensual.
Entre las gratuitas se evaluaron Moodle [7] y E-Caths [8].
Moodle, gratuita y abierta, evidenció diversas deficiencias técnicas y, requería disponer de un equipo servidor y personal capacitado para su administración y mantenimiento que, al momento de iniciar este proyecto, la Universidad Nacional de Tucumán no disponía.
E-Caths, si bien no evidenció fallas notables y no requiere de servidor local, está diseñada para modalidad B-Learning y no tiene herramientas suficientes para una educación puramente a distancia.
Por otra parte, el desarrollar una plataforma desde cero, representaba un gran desafío y brindaba la posibilidad de personalizarla en forma totalmente libre, sin las limitaciones de formato propias de las plataformas convencionales.
La plataforma propuesta (Ver Fig 1), está desarrollada en Google Sites (herramienta destinada a la creación y almacenamiento de sitios WEB).
Fig 1 Página de inicio de la plataforma
simultáneamente pudiéndose establecer comunicaciones de video y voz si el usuario contase con cámara del tipo Webcam y micrófono en su PC.
Para el registro de alumnos y el seguimiento por parte del alumno y el docente de la evolución y cumplimiento de tareas, asistencia y otros detalles del cursado se optó por formularios y hojas de cálculo de Google Docs (actualmente llamado Google Drive).
El cronograma de cursado como así también el recordatorio de eventos aislados se registra en la agenda Google Galendar mostrándose automáticamente, en la plataforma, los eventos más próximos. El alumno puede programar recordatorios via e-mail o sms.
Las actividades requeridas a los alumnos para el cumplimiento de los objetivos incluyen participaciones en los foros, participaciones en Blogs (creados con Blogger), trabajos colaborativos tipo Wiki realizados con Google Docs y experimentos virtuales de laboratorio. El uso de los productos Google permite la conexión a todos los servicios con un único nombre de usuario y contraseña y conexión permanente sin el límite de tiempo de inactividad característico de todas las plataformas. Las Wikis implementadas con Google Docs tienen una ventaja adicional que es la posibilidad de interactuar en tiempo real sin necesidad de “guardar” luego de cada edición. Esto agiliza enormemente el trabajo colaborativo.
Experiencia virtual de Laboratorio
Un tema de fundamental importancia fueron las actividades de laboratorio ya que existe una idea, bastante generalizada, de que la experiencia vivida en una medición de laboratorio es imposible de lograr a distancia. Este argumento es muy atendible y posiblemente válido en muchos casos. Ahora bien, en las prácticas de laboratorio habituales de la asignatura en cuestión, ¿también lo es?
Sobre la idea de la Universidad de Warsaw [2] se decidió intentar la virtualización de experimentos sobre la base de mediciones reales obtenidas en prácticas realizadas durante los últimos años.
Se adoptó para este fin el entorno de desarrollo de actividades interactivas JCLIC [4]. Este entorno, de uso totalmente gratuito y código abierto (Open Source), permite desarrollar aplicaciones interactivas multimediales, en lenguaje Java, que se pueden incluir a modo de Applets en páginas Web.
construcción de un mapa en 3D de los valores obtenidos.
La actividad consiste en colocar sobre una mesa un trozo de Uranio natural (de forma y composición irregular) y efectuar un relevamiento de la tasa de exposición en puntos prefijados equidistantes a su alrededor. Para esto, se coloca entre el mineral y la mesa, una hoja de papel con una cuadrícula previamente dibujada y se mide con un monitor Geiger de radioprotección en cada intersección de líneas de la cuadrícula.Ver fig. 2 (Izquierda).
Fig 2 Experimento real - Izquierda: Instrumento, muestra de Uranio y cuadrícula de coordenadas ; Derecha: Gráfica resultante.
Luego, se lleva esas mediciones a una hoja de cálculo Excel o similar, y se realiza una gráfica tridimensional donde los ejes x e y corresponden a las coordenadas de los puntos de medición y el z, al valor de tasa de exposición obtenido. Ver Fig. 2 (derecha).
Para recrear este experimento, se confeccionó, con JCLIC, una pantalla que simule la cuadrícula con el mineral de uranio en el centro. En cada intersección de líneas se dibujó el monitor Geiger con la orientación adecuada para la medición. Cada punto de medición se asoció con una presentación visual, al hacer clic en él, de las coordenadas del punto y la medición obtenida en un experimento real efectuado con anterioridad.
En un principio, el valor de la medición se mostraba con un simple número y eso no terminaba de conformar, ya que es sabido que la radiactividad, al ser un fenómeno aleatorio, provoca una constante fluctuación de la aguja del medidor que requiere de criterios para decidir cuál es el valor medido.
Fig 3 Experimento virtual. En la ventana inferior izquierda se aprecia el video de la medición real del punto señalado con el cursor (en rojo).
Para fijación de algunos conceptos teóricos difíciles de comprender se utilizaron secciones del “Curso Interactivo de Física en Internet” de Ángel Franco García [9] que reúne descripciones teóricas con demostraciones interactivas implementadas en lenguaje Java.
Virtualización del grupo de investigación:
El grupo de investigación asociado a la cátedra, reúne actualmente 4 líneas de investigación con integrantes de dos departamentos de la Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología de la UNT (Física y Electrónica) y personal del Centro Atómico de Ezeiza (CAE) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). Ver Fig 4.
Estas líneas de investigación, son completamente independientes y sólo tienen en común la disciplina y los dos autores de este trabajo que las coordinan.
Fig 4 – Organización del Grupo de Investigación en Física Nuclear de la FACET-UNT
Se decidió utilizar la plataforma Moodle ya que, a esta altura del proyecto, la Universidad Nacional de Tucumán ya contaba con la infraestructura y personal especializado abocado a ella. En la Fig 5 se puede apreciar la pantalla principal del espacio.
Fig 5 – Pantalla principal del espacio de trabajo
El principal desafío fue cómo independizar las distintas líneas de investigación. Si bien, es sabido que Moodle permite la división de los miembros en grupos y que permite asignar actividades con la modalidad “Grupos separados” donde cada grupo trabaja en lo suyo sin poder ver el trabajo de los otros, también es cierto que cuando se genera esa actividad, aparece en todos los grupos. Es decir que, si una determinada línea de investigación requiere de un recurso o un foro específico, todas las otras líneas también lo tendrán disponible aunque no lo necesiten ni tenga ninguna relación con su temática.
Para solucionar esto, se recurrió a otra herramienta de Moodle (la creación de “agrupamientos”. Moodle permite crear “agrupamientos de grupos” y asignarle a cada agrupamiento la visibilidad y acceso a un recurso o actividad determinado (ver Fig 6).
Fig 6 - Vista del sector del panel de “actualización” de un foro en donde se configura su disponibilidad para el agrupamiento correspondiente
Como un mismo integrante puede pertenecer a más de un grupo y, por ende, a más de un agrupamiento, se pudo lograr que los coordinadores participaran de todos los agrupamientos y tuvieran acceso a todos los recursos y actividades publicados. Del mismo modo se lograron otros espacios privados de discusión separados ya no por línea de investigación sino por filiación (UNT, CNEA, etc)
Fig 7 - Vista del área de contenidos para un integrante miembro de la línea de investigación 1 (izquierda) y para un integrante ajeno a esa línea de investigación (derecha)
Conclusiones:
Lo hasta aquí desarrollado no alcanza para cumplir el objetivo de realizar cursos totalmente a distancia (e-learning) pero, en esta primera etapa se logró plasmar una idea clara de lo que se pretende lograr y a la vez completar una estructura de B-Learning aceptablemente funcional como para satisfacer las necesidades inmediatas de la cátedra.
A pesar de su costo cero, las características de la plataforma se acercan, en alguna medida, a las de las comerciales y las gratuitas más populares con la ventaja de que no se necesita ni servidor ni personal técnico de mantenimiento.
Se alcanzó un aceptable realismo en la virtualización de experimentos de medición, de tal manera de transmitir, al estudiante a distancia, muchas de las sensaciones propias del trabajo en laboratorio como así también la necesidad de aplicar criterios para la realización de los experimentos simulados.
El trabajar con simulaciones permite ampliar el espectro de mediciones a realizar, ya que es posible planear experimentos con altas dosis de radiación sin el menor riesgo cuya implementación real sería, al menos, sumamente complicada.
Algo similar al proyecto aquí expuesto, podría aplicarse para estudios de postgrado en Ciencias Nucleares, por lo menos para sus primeras materias, minimizando la etapa presencial y los problemas de traslado que ello implica. Esto redundaría en una mayor matrícula y, por ende, una mayor generación de profesionales capacitados para satisfacer la alta demanda actual y futura.
independencia espaciotemporal, distribuida en varios proyectos, no visibles entre sí, en una única aula.
Referencias:
1. Anders Jonson B, 2005. “A case study of successful e-learning: A web-based distance course in medical physics held for school teachers of the upper secondary level”. Medical Engineering & Physics, 27: 571–581
http://www.qou.edu/arabic/researchProgram/eLearningResearchs/aCasestudy.pdf
2. W. Tłaczała W, Ulaczyk J, Zagórski A, Zaremba M, 2005. “A virtual experiment for e-learning and teaching nuclear techniques”. Recent Research Developments in Learning Technologies (2005). Badajoz, España ISBN (13): 978-609-5994-5 : 671-675
3. Martínez Meseguer J, Benito Benito A, 2005. “JCLIC: miles de actividades educativas multimedia para realizar en el aula Plumier”. II Jornadas Nacionales "Tecnologías de la Información y la Comunicación en el Ámbito Educativo", Murcia, España.
http://ticemur.f-integra.org/vticemur/documentos/mesa1/C5.pdf
4. Sitio oficial de JCLIC “Zona Clic”: http://clic.xtec.cat/es/jclic/
5. Suite de productos Google: http://www.google.com.ar/intl/es/options/
6. Sitio oficial de la plataforma E-Ducativa: http://www.e-ducativa.com/
7. Sitio oficial de la plataforma Moodle: http://moodle.org/
8. Sitio oficial de la plataforma E-Caths: http://www.ecaths.com
