SISTEMA DE MAPAS CONCEPTUALES PARA LA ENSEÑANZA DE ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS.
Lic. Janel Sori Abreu
Dr. Mateo Gerónimo Lezcano Brito, [email protected], Universidad Central de Las Villas, Cuba
Delegación Villa Clara Informática Educativa
Resumen
La asignatura Arquitectura de Computadoras, que se estudia en la carrera Ciencia de la Computación de las universidades cubanas, se caracteriza por tratar contenidos muy diversos y complejos en muy poco tiempo. Para tratar de ayudar a resolver esta aparente dicotomía se presenta un sistema de apoyo a la docencia de la materia señalada que debe contribuir a suplir algunas de las carencias.
El sistema, estructura el conocimiento en mapas conceptuales y asocia, a los nodos de los conceptos, diversos recursos informáticos que sirven de herramientas de apoyo al estudio. Los recursos van desde simples textos hasta algunas simulaciones.
Abstract
The course Computer Architecture, studied in the Computer Science career of Cuban universities, is characterized by treating highly diverse and complex content in a very short time. To try to help resolve this apparent dichotomy presents a system to support the teaching of the subject indicated which should help meet some of the gaps. The system structure knowledge in concept maps and associated to the nodes of concepts, various information resources that serve as tools to support the study. Resources range from simple text to some simulations.
Introducción
El “Sistema para la enseñanza de Arquitectura de Computadoras” está formado por un conjunto de mapas conceptuales que permiten la navegación e interpretación de los diferentes aspectos de la asignatura. Asociados a los conceptos del mapa se presentan diversos recursos informáticos, tales como: páginas Web, videos, documentos, imágenes etc., los cuales sirven de apoyo a la enseñanza de la materia.
La idea básica es estructurar el conocimiento usando los mapas conceptuales para permitir una navegación que guíe al estudiante por todo el complejo entramado que se asocia a la propia complejidad de los temas tratados.
El grupo de Informática Educativa de la Universidad Central de Las Villas ha explotado la tecnología asociada a la herramienta CmapTools para implementar diversos sistemas para la enseñanza, destacándose los siguientes:
• Sistema VIA-ED para la enseñanza de Estructuras de Datos y Complejidad de Algoritmos, realizado en conjunto con la Universidad de Granma.
• Sistema APA-Prolog para la enseñanza de la Programación Lógica, elaborado en conjunto con la Universidad de Sancti Spíritus.
• Sistema para la enseñanza de Sistemas Operativos.
• Sistema Botánica para la enseñanza de la ciencia de igual nombre, realizado en conjunto con la Universidad de Granma.
Mapas Conceptuales en la Enseñanza
La idea principal de la teoría de Ausubel es que el aprendizaje de nuevos conocimientos depende de la medida de lo que ya se conoce. En otras palabras, la construcción del
conocimiento comienza con la observación y reconocimiento de eventos y objetos nuevos para sacar conclusiones que toman en cuenta los conceptos conocidos. En general, se aprende construyendo una red de conceptos.
Novak, por su parte, destaca que el acto de hacer mapas conceptuales se describe como una actividad creativa en la que el estudiante debe hacer un esfuerzo para aclarar significados, identificando los conceptos importantes, relaciones y estructura del contenido tratado. La creación de conocimiento requiere un alto nivel de aprendizaje significativo.
Basándose en lo anterior resulta natural escoger los mapas conceptuales, asociados a las TIC y explotando sus potencialidades, como una forma efectiva de construir un sistema que sirva de apoyo a la enseñanza y que a la vez constituya un importante repositorio bibliográfico.
La concepción inicial de los mapas conceptuales no estaba relacionada con las redes de cómputo o de comunicación, en esa época no existían herramientas que apoyaran su digitalización ni su explotación a distancia. El desarrollo de las redes de computadoras, la Internet, así como el surgimiento de nuevas y variadas técnicas de programación han facilitado la aparición de aplicaciones o herramientas que permiten, con gran facilidad, compartir, crear y editar mapas conceptuales, lo que ha potenciado su uso como un potente recurso educativo.
Los Mapas Conceptuales y la Arquitectura de Computadoras
La enseñanza de la Arquitectura de Computadora, como parte fundamental de la formación profesional de la carrera de Ciencias de la Computación, ha sufrido cambios importantes que han estado aparejados al desarrollo de la tecnología y la enseñanza, muchos de ellos basados en el significativo desarrollo de esta disciplina y en la notable rapidez con que ocurren los cambios.
Entre los principales obstáculos que enfrenta el estudiante de Ciencia de la Computación al estudiar la asignatura Arquitectura de Computadoras pueden puntualizarse los siguientes:
• El alumno debe manejar una gran cantidad de conceptos nuevos e integrarlos de manera significativa.
• Existen conceptos relativamente complejos interrelacionados entre sí, muchos de ellos muy asociados al área de la electrónica.
• El Plan de Estudio D presenta una notable reducción de horas y, aunque el objetivo principal de la asignatura, es dotar al alumno de los conocimientos básicos para poder comprar, explotar y configurar un sistema de cómputo; un recurso como el que se propone en este trabajo es más abarcador que la asignatura en sí y pone en las manos de los estudiantes un repositorio donde se pueden encontrar, de forma fácil, los variados componentes de un sistema de cómputo con la definición de sus características y prestaciones, entre otros aspectos relevantes.
Organización e interrelación del sistema y sus componentes principales
La organización de los mapas está estrechamente relacionada con la jerarquía de los conceptos de la asignatura Arquitectura de Computadoras, lo que permite recorrer el conocimiento desde los más generales a los más específicos. La idea fundamental es que los mapas permitan la navegación fácil, y sean útiles para el proceso de enseñanza-aprendizaje, a la vez que relacionan los conceptos de la asignatura y sirven de repositorio de información.
La aplicación se compone de siete mapas generales representados en una forma jerárquica.
• El mapa principal, denominado “Unidad Central del Sistema”, contiene tres de los mapas restantes: “Procesador”, “Buses” y “Memoria”.
• El mapa “Procesador” está relacionado con los mapas “Buses”, “Instrucción” y “Entrada Salida”.
• El mapa de Memoria se conecta con el mapa “Memoria principal”.
• El mapa de “Instrucción” se enlaza con los mapas “Procesador”, “Entrada Salida” y “Memoria Principal”.
Recursos insertados en la Aplicación
Aunque pueden usarse otros recursos y en futuro algunos de ellos deberán incorporase a la aplicación, la presente versión solo ha usado los siguientes:
• Paginas Web. Permiten acceder de forma cómoda a diferentes recursos educativos pues, generalmente, se presentan en formato multimedia e hipertextual, incluyendo gráficos dinámicos, simulaciones, entornos heurísticos de aprendizaje, etc. Permiten, además, personalizar el trabajo de los alumnos, ya que cada uno puede buscar y consultar lo que le interese en función de sus conocimientos previos y sus intereses.
• Videos. Ofrecen la posibilidad de representar la información, empleando combinaciones de texto, sonido e imágenes. Es una forma mucho más atractiva que los textos y a la vez ilustra visualmente algunos contenidos mediante las imágenes que posee.
• Textos. Dan la posibilidad de ampliar los contenidos tanto como se desee, pudiendo exponer, desde una forma simple hasta una muy detallada, cualquier tema que se quiera tratar, pueden contener imágenes en caso de que se crea necesario y son muy fáciles de utilizar, tanto para el docente que hace los recursos como para el estudiante que los utiliza.
• Imágenes. Son una representación visual que manifiesta la apariencia de un objeto real, pueden crearse mediante técnicas de diseño diferentes, pintura, fotografía, entre otras. Las imágenes son un medio importante porque permiten la visualización del contenido al que se refieren sin necesidad de imaginarlo. • Simulación. Es una forma de modelar situaciones que son especialmente
complejas o no visibles.
• Multimedia. Ofrece la posibilidad de representar la información, empleando combinaciones de texto, sonido, imágenes, animaciones y videos. En ellas se puede incluir asociaciones predefinidas (conocidas como hipervínculo), que permiten a los usuarios moverse por la información de un modo más intuitivo e interactivo.
• Los propios mapas, los cuales se detallan seguidamente. Mapa Unidad Central del Sistema
Es el mapa “inicial” del sistema. La palabra inicial se entrecomilla debido a lo relativo de su significado, dado que en la etapa actual la navegación es libre y los usuarios pueden comenzar su estudio por cualquiera de los mapas. El mapa “Unidad Central del Sistema” (figura 1), presenta los conceptos más generales y sirve de vía de acceso a otros mapas que conforman la aplicación.
En este mapa se detallan aspectos importantes como la composición de la Unidad Central del Sistema (UCS), así como los diferentes elementos que se conectan a ella.
El nivel primario del mapa muestra el concepto “Unidad Central del Sistema”, el concepto se ha representado con una elipse para distinguirlo de los restantes, que se han representado con rectángulos, se distingue de esta forma porque es el nodo inicial del mapa. Este diseño se utiliza también en los demás mapas.
Figura 1. Mapa “Unidad Central del Sistema” Mapa Procesador
El mapa “Procesador” (figura 2) tiene entre sus recursos a tres mapas conceptuales asociados a los nodos “Instrucciones”, “Periféricos” y “Conexión interna de la CPU”.
Mapa Memoria
La memoria de una computadora es de dos tipos interna y externa, la memoria interna a su vez puede ser de varios tipos, tales como, memoria principal, registros del procesador y cache.
Figura 3. Mapa “Memoria”
El mapa “Memoria” (figura 3) amplia los conceptos con variados recursos y se enlaza con otros nodos importantes, tales como: “Registros del procesador”, “Básico” y “Dinámico”, etc.
Mapa Memoria Principal
La Memoria Principal es la zona de trabajo donde la computadora almacena, temporalmente, las órdenes a ejecutar y los datos que deberán manipular esas órdenes. Puede ser de dos tipos: memoria volátil (RAM) y memoria no volátil (ROM), estos conceptos se amplían con la ayuda de páginas Web. A su vez estas se dividen también en tipos básicos, la RAM puede ser dinámica (DRAM) o Estática (SRAM), la ROM por su parte puede ser EPROM, EEPROM, PROM o Flash.
El mapa “Memoria Principal” (figura 4) abarca las principales tecnologías de fabricación de ese recurso de hardware, como son: SIMM, DIMM, RIMM, DDR y los modos de acceder a ella ya sea por palabras o bloques.
Figura 4. Mapa “Memoria Principal”
Mapa Entrada Salida
La entrada salida es un componente importante de cualquier sistema de cómputo ya que permite la comunicación de este con el mundo exterior, funciona mediante módulos, los cuales controlan los periféricos.
El mapa “Entrada Salida” (figura 5) presenta una vista general de estos componentes y permite ampliarlos a través de diferentes recursos, es importante destacar que algunos tipos de periféricos pueden no existir en el momento en que se estudien o resultar obsoletos pero su estudio es crucial para entender el desarrollo de la tecnología.
Mapa Buses
La figura 6 muestra el mapa “Buses”. El bus representa, básicamente, una serie de cables mediante los cuales pueden cargarse datos en la memoria y desde allí transportarse a la CPU, están compuestos por líneas que son las encargadas de transmitir las señales binarias.
Figura 6. Mapa “Buses”
Figura 7. Mapa “Instrucción”
Mapa Instrucción
Las instrucciones son una parte importante de la computadora ya que definen el conjunto de operaciones que puede realizar, se agrupan de acuerdo a su objetivo, por ejemplo: de transferencia de datos, de control del sistema, etc. El mapa
“Instrucción” (figura 7) resalta los aspectos básicos del diseño de un repertorio de instrucciones, tales como el repertorio de operaciones, los tipos de datos, los formatos y el direccionamiento.
Conclusiones
La asignatura Arquitectura de Computadoras, que forma parte del Plan de Estudio D de la carrera Ciencia de la Computación posee un conjunto de contenidos complejo y diverso, que en muchos casos están asociados al campo de la electrónica. El objetivo principal de la asignatura es que el estudiante pueda configurar sistemas de cómputos que se ajusten a determinadas necesidades, sin embargo para poder realizar esa labor es necesario conocer algunos elementos del sistema de forma más profunda, lo cual no se logra en el poco tiempo que asigna el plan de estudio.
El sistema de mapas conceptuales presentado sirve de repositorio de información y de apoyo a la enseñanza de la materia y brinda una variada cantidad de recursos que ayudan a suplir las carencias de tiempo, son auxiliares en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la materia y permiten abarcar contenidos de una forma mas profunda lo que ayuda a la toma de decisiones para configurar, desde el punto de vista de hardware, los sistemas de cómputo.
Bibliografía
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• Novak, J. D. (1991). Ayudar a los alumnos a aprender cómo aprender. La opinión de un profesor-investigador". . Enseñanza de las Ciencias: revista de investigación y experiencias didácticas. 9, 3.
• Novak, J. D. (1998). Learning, Cretating, and Using Knowledge: Concept Maps as Facilitative tools in schools and corporations. Cambridge.
