Universidad de las Ciencias Informáticas
Facultad 5 Entornos Virtuales
Título: Propuesta Preliminar de un Laboratorio Virtual sobre el estudio del Campo Electrostático
Trabajo de Diploma para optar por el título de Ingeniero en Ciencias Informáticas
Autor(es): Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
Tutor: Lic. Zenaida Margarita Fuentes Cano Asesor: MSc. Pedro Carlos Pérez Martinto
Julio, 2007
“Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber. ”
Albert Einstein
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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ECLARACIÓN DEA
UTORÍANaiby Rivero García y Yaima de la C Herrera Herrera declaramos ser autores de la presente tesis y reconocemos a la Universidad de las Ciencias Informáticas los derechos patrimoniales de la misma, con carácter exclusivo.
Y para que así conste firmo la presente a los ___ días del mes de ____________del 2007.
Firma del Autor Firma del Tutor
Firma del Autor
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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ATOS DEL CONTACTO Lic. Zenaida Margarita Fuentes Cano, Graduada de Licenciatura en Educación en la especialidad de Física en el Instituto Superior Pedagógico de la Ciudad de Santiago de Cuba y también en la Universidad de Oriente. Realizó estudios de Postgrado en la Escuela de Física de la Universidad de La Habana y en la Universidad de Oriente. Profesor Asistente desde 1998. Ha impartido clases de Física y Biofísica en la Universidad de Oriente y en la Universidad de la Habana. Ha cursado estudios de ruso, portugués e inglés. Además de haber presentado trabajos en eventos nacionales e internacionales relativos la influencia de la composición del suelo en cultivo de cítricos, sobre patrón de magnetismo y bioimpedancia eléctrica, a la par que con estos también ha presentado trabajos relacionados con la formación de valores.Ha realizado estudios en el extranjero sobre la enseñanza de la Física, sobre las aplicaciones de los errores en las mediciones en los laboratorios y la incertidumbre. Concluyó los estudios de maestría en CTS.
Correo electrónico: [email protected]
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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GRADECIMIENTOS A la Revolución, a Fidel y a la Universidad de las Ciencias Informáticas, por habernos acogido en su seno y formar parte de este proyecto futuro, surgido a la raíz de la batalla de ideas.A todas nuestras amistades y compañeros que siempre nos brindaron su apoyo en los momentos difíciles, y nos tendieron la mano cuando necesitamos su ayuda
A Raúl y Roger por ayudarnos muchísimo, en todo momento, sin reparos ni condiciones.
Quiero agradecer a todo el que me ayudó de alguna forma a llegar a donde he llegado.
En primer lugar a mi mamá y a mi abuela que siempre creyeron en mí,
Que siempre apoyaron mis dediciones dándome la oportunidad de equivocarme y rectificar, A Raúl que siempre me levantó el ánimo cuando más bajo lo tenía.
A todos mis amigos y en especial a mi blanca y a mi china que siempre me brindaron su ayuda y su corazón incondicionalmente, A Lisandro que estuvo 5 años dándome los mejores consejos para terminar mi carrera satisfactoriamente,
Y a toda aquella persona que no creyó en mí, pues me impulsaron a seguir adelante.
Yaima Pensé que este momento tardaría en llegar y hoy me encuentro plasmando en este pequeño pliegue de papel a todas aquellas personas que de una forma u otra me ayudó a llegar a este día...
A mis padres María y Rolando que me apoyaron en todas mis decisiones y fueron mi principal guía. A mi pequeña Nany por ser la personita que me alegra los días de mi vida y llenarme de tantos momentos. A mis abuelos Meybol, Luisa y Roberto para darles un motivo más de sentirse orgullosos de mí y cumplir así su mayor deseo de verme graduada. A mi tío Tata y mis tías Ma. Cristina, Ma. del Carmen, Berna y en especial a Denia por ser la persona que estuvo a mi lado en estos 5 años. A mis primos que me quieren muchísimo y siempre me dieron ánimos para seguir adelante. A mis amigos Lisbeth, Dayanys, Ivonne y Yanetsi por ser la familia que la vida me dio la oportunidad de escoger y nunca me han fallado. A personas como: Mapolón, Millet, Yudeisy, Nuvia, Mercedes, Elizabeth, Julián y Gisela que me brindaron su mano en los momentos difíciles. A mis primeros profes universitarios Scull y Zaida, gracias por confiar en mí y ser tan atentos. A personas muy especiales como: Angelita y Rogert que me brindaron mucha tranquilidad y felicidad…Y a ustedes, las amistades en general, a esos amigos sin nombres, a otros no tan amigos y a aquellos que se preocupan por mí…Gracias a todos llegué aquí... Naiby
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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EDICATORIALes dedico este trabajo especialmente a mi mamá y a mi abuela porque siempre estuvieron conmigo en los momentos difíciles de mi carrera, y porque a ellas les debo lo que fui, lo que soy y lo que seré.
Yaima
Dedico este trabajo a mis padres, familiares y amigos por ser parte de mi formación vocacional y apoyarme en los momentos más difíciles de mi vida, porque a ellos les debo lo que seré.
A nuestro Comandante en Jefe por hacer este sueño realidad y formar esta Universidad de excelencia en la cual somos frutos de la primera graduación...
Naiby
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ESUMENLos Sistemas de Realidad Virtual (SRV) [23], se han expandido considerablemente a diferentes sectores de la sociedad en los últimos años. En el área de la educación se está desarrollando considerablemente, porque posibilita nuevos procesos de aprendizaje y transmisión del conocimiento a través de las redes modernas de comunicaciones a todo el alumnado. Las prácticas de laboratorio se han convertido en una herramienta tecnológica, capaz de transformar contundente y positivamente los procesos de enseñanza- aprendizaje, aportando novedosos caminos para el desarrollo educativo.
Este trabajo tiene como objetivo analizar el desarrollo de los laboratorios virtuales(LV) y sobre esta base, implementar una propuesta preliminar de un LV de Física II sobre el estudio del Campo Electrostático, que sirva de base al departamento de Física de la universidad para comenzar un proceso evolutivo referente a esta herramienta de aprendizaje. Además para guiar el proceso de desarrollo del software [32] se utiliza la metodología RUP y una serie de tecnologías libres que propician una buena calidad y eficiencia al sistema.
Palabras Claves: Laboratorios Virtuales, Prácticas de Laboratorio, Física, Campo Electrostático.
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
VI
Índice
INTRODUCCIÓN... 1
CONCEPCIONES TEÓRICAS SOBRE LV.TENDENCIAS Y TECNOLOGÍAS ACTUALES... 4
Introducción ... 4
1.1 Laboratorios Virtuales, una necesidad contemporánea. Definiciones ... 4
1.1.1 Tipos de Laboratorios Virtuales... 6
1.2 Instantes importantes de la historia de los Laboratorios Virtuales ... 6
1.2.1 ¿Cómo ha sido en Cuba su desarrollo?... 7
1.2.2 Los laboratorios virtuales en la universidad de los nuevos retos ... 9
1.2.2.1 ¿Por qué es necesario desarrollar prácticas de laboratorio de Física II en la UCI? ... 9
1.3 Ventajas e Inconvenientes de los Laboratorios Virtuales... 11
1.4 Consideraciones necesarias acerca del Campo Electrostático ... 12
1.5 Herramientas y metodologías actuales a considerar ... 13
1.5.1. Metodologías para el desarrollo de Sistemas Informáticos... 13
1.5.1.1 Metodologías de desarrollo para el Proceso Unificado del Software (RUP) ... 14
1.5.2. Lenguaje Unificado de Modelado (UML) ... 15
1.6 Lenguajes para implementar aplicaciones Web... 16
1.6.1 Pre- Procesador de Hipertexto (PHP) ... 17
1.6.2 Plataforma de desarrollo Web... 18
1.6.2.1 NuSphere PHpED ... 19
1.6.3 Lenguaje de marcación de Hipertexto (HTML) ... 19
1.6.4 Hojas de Estilo en Cascada (CSS) ... 20
1.7 Herramientas propias de simulación ... 20
1.7.1 Java... 21
1.8 Almacenamiento de datos... 22
1.8.1 LDAP ... 22
1.8.2 MySQL ... 23
1.9 Selección de las tecnologías a utilizar en la propuesta de solución ... 23
Consideraciones finales del capítulo... 24
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
VII
REPRESENTACIÓN DE LA SOLUCION PROPUESTA... 25
Introducción ... 25
2.1 Modelo de Negocio ... 25
2.2 Descripción del negocio actual... 26
2.2.1 Reglas del negocio... 26
2.2.2 Actores del negocio... 27
2.2.3 Trabajadores del negocio... 27
2.2.4 Diagrama de caso de uso del negocio ... 28
2.2.5 Caso de Uso del Negocio. Descripción... 28
2.2.6 Diagrama de Actividad del Negocio ... 29
2.2.7 Diagrama de Clases del Modelo de objetos del Negocio... 31
2.3 Especificación de los requisitos de software... 31
2.3.1 Requisitos funcionales ... 31
2.3.2 Requisitos no funcionales ... 32
2.4 Análisis del sistema... 35
2.4.1 Actores del sistema ... 35
2.4.2 Casos de usos del sistema ... 36
2.4.3 Diagrama de casos de usos del sistema... 38
2.4.4 Expansión de los casos de uso... 39
Consideraciones finales del capítulo... 48
CONSTRUCCIÓN DE LA SOLUCION PROPUESTA... 49
Introducción ... 49
3.1 Descripción de la arquitectura... 49
3.1.1 Modelo Vista Controlador... 49
3.2 Patrones de diseño ... 50
3.3 Modelo de Diseño ... 51
3.3.1 Diagramas de clases del diseño ... 51
3.3.2 Diagramas de interacción... 57
3.4 Diseño de la base de datos... 58
3.4.1 Modelo de Datos. ... 59
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
VIII
3.5 Diagrama de despliegue ... 60
3.6 Diagrama de componentes por casos de uso... 61
Consideraciones finales del capítulo... 65
Estudio de la factibilidad... 66
Introducción ... 66
4.1 Estimación de Costo ... 66
4.1.1 Cálculo de Puntos de Casos de Uso sin ajustar. ... 66
4.1.1.1 Factor de Peso de los Actores sin ajustar (UAW) ... 66
4.1.1.2 Factor de Peso de los Casos de Uso sin ajustar (UUCW) ... 67
4.1.2 Cálculo de Puntos de Casos de Uso ajustados ... 67
4.1.2.1 Factor de complejidad técnica (TCF) ... 68
4.1.2.2 Factor de ambiente (EF)... 70
4.1.3 De los Puntos de Casos de Uso a la estimación del esfuerzo... 70
4.1.4 Calcular esfuerzo de todo el proyecto... 71
4.2 Beneficios tangibles e intangibles ... 72
4.3 Análisis de costos y beneficios... 72
Consideraciones finales del capítulo... 73
CONCLUSIONES GENERALES... 74
RECOMENDACIONES... 75
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 76
BIBLIOGRAFÍA... 79
ANEXOS... 81
ÍNDICE DE FIGURAS... 94
ÍNDICE DE TABLAS... 95
GLOSARIO DE TÉRMINOS... 96
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
IX
I
NTRODUCCIÓN Desde la última década del siglo pasado hasta el presente, nuestro país se ha desarrollado en condiciones económicas particularmente difíciles, las cuales han determinado la necesidad de buscar y desarrollar nuevas alternativas que permitan, ante todo, la supervivencia de nuestra sociedad. En unos de los sectores donde se reflejó esta situación fue en la rama de la educación, principalmente en la asignatura de Física, donde era necesario crear simulaciones virtuales para que el estudiante lograra obtener con mayor facilidad los conocimientos elementales de la disciplina, ya que los laboratorios presenciales eran muy eficientes pero cada día se hacía más difícil lograr mantenerlos debido a la escasez de recursos altamente costosos, imposibles de suministrar por el país bajo dichas condiciones.Actualmente, el Departamento de Física de la Universidad de la Ciencias Informáticas no consta con prácticas virtuales en la asignatura de Física II , y estas son dirigidas manualmente por el profesor, cabe destacar que los procesos físicos son tan interesantes como complicados desde el punto de vista del profesional, y al mismo tiempo difícil para aquellos que se enfrentan por primera vez, por esta razón se acude a la práctica de laboratorio de física como una manera más de complementar la formación del alumno en cuanto a la observación, la experimentación y la investigación científica.
Para dar solución a las situaciones antes expuestas; se plantea el siguiente problema científico: ¿Cómo desarrollar la primera práctica de laboratorio virtual de Física II para el desarrollo de habilidades en los estudiantes de segundo año de la UCI?
Este problema se enmarca en el objeto de estudio: Prácticas de Laboratorio Virtual de Física II. Para darle solución a la problemática planteada nos hemos formulado como objetivo: Implementar un modelo de software que posibilite la creación de la primera práctica de Laboratorio Virtual de Física II sobre el estudio del Campo Electrostático.
A partir de lo planteado podemos delimitar el campo de acción de nuestra investigación como: Práctica de Laboratorio Virtual de Campo Electrostático para los estudiantes de 2do año en la Universidad de las Ciencias Informáticas.
Para cumplimentar el objetivo de nuestra investigación hemos formulado algunas tareas investigativas que nos facilitarán el desarrollo del mismo:
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
1
1. Analizar el estado del arte acerca de los Laboratorios Virtuales (LV) y profundizar en el proceso de evolución de los mismos.
2. Aplicar entrevistas a expertos en la realización de LV para lograr las expectativas de los estudiantes.
3. Hacer un estudio detallado sobre las metodologías y herramientas que se utilizan para realizar prácticas virtuales.
4. Seleccionar las tecnologías [34] a utilizar para la implementación del software.
5. Realizar el Diseño de la Práctica Virtual de Campo Electrostático.
6. Implementar un prototipo funcional mediante el cual se logre simular con un mayor realismo el complejo fenómeno físico del campo electrostático.
Este trabajo de tesis consta de 4 capítulos los cuales se encuentran estructurados como se muestra a continuación:
Capítulo1 Concepciones teóricas sobre LV. Tendencias y tecnologías actuales
Este primer capítulo tiene como objetivo exponer la fundamentación teórica de los las simulaciones virtuales, se definen algunos aspectos que serán de utilidad en la comprensión del tema y se realiza un análisis para escoger las tecnologías apropiadas para el desarrollo de la práctica.
Capítulo2
Representación de la solución propuestaDespués de haber analizado los procesos elementales del negocio, en este capítulo se propone mostrar a partir de los requerimientos [24] el diagrama de caso de usos del sistema y el flujo de actividades con las que interactúan los actores.
Capítulo 3 Construcción de la solución propuesta
En el presente capítulo se realiza el diseño de la propuesta de solución, seleccionando una arquitectura y modelándose los artefactos [1] que contribuyen al desarrollo de la aplicación, además se elabora el modelo de datos adecuado.
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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Capítulo 4 Estudio de Factibilidad del Proyecto
En este capítulo se evalúa la factibilidad, beneficios y costo del sistema propuesto, utilizando el método de estimación por Puntos de Casos de Uso, donde el factor fundamental de este son los Casos de Usos. Se obtendrán valores de importantes indicadores como son: esfuerzo y tiempo de desarrollo. Los cálculos parten del cálculo de los casos de usos sin ajustar, de los casos de usos ajustados y de la estimación del esfuerzo.
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
3
Capítulo
C
ONCEPCIONES TEÓRICAS SOBRELV. T
ENDENCIAS Y TECNOLOGÍAS ACTUALES1
Introducción
El presente capítulo tiene como objetivo exponer los fundamentos teóricos generales que sirven de punto de partida a la solución del problema antes mencionado. De manera general contiene los principios y conceptos imprescindibles para el desarrollo de la práctica de laboratorio de campo electrostático que se pretende automatizar. Además posee breves acercamientos a la metodología a seguir y las herramientas a utilizar para implementar la aplicación.
1.1 Laboratorios Virtuales, una necesidad contemporánea. Definiciones
Actualmente, la Realidad Virtual se presenta como uno de los mejores medios que existen para acabar en parte algunos problemas en el campo educacional; además de permitir el desarrollo de laboratorios virtuales que resultan ser más económicos que los reales, y posibilitan llevar a cabo prácticas tanto presenciales como en línea.
El concepto de LV que existía hasta hace apenas unos años, ha evolucionado de manera vertiginosa hacia un nuevo paradigma, originando nuevas oportunidades y posibilidades a una parte importante del estudiantado en vista a lograr una cultura general e integral.
Existen varios autores que han intentado dar una definición a partir de la caracterización de lo que consideran Laboratorio Virtual, por sólo citar algunos ejemplos se tiene:
♦
“Un conjunto de experimentos virtuales que tiene como objetivo preparar al usuario para obtener el máximo rendimiento de un laboratorio real. Por ello, se decidió darle a este conjunto de experimentos el nombre de “Laboratorio Virtual”. (Á. Salavarría, 2006).Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
4
♦
“Un laboratorio virtual se refiere a la infraestructura, la metodología y las herramientas especiales distribuidas en diferentes partes que permitan a estudiantes e investigadores trabajar en proyectos e investigaciones que les sean comunes”. (Rudomin, 1999).♦
Monge-Nájera define los Laboratorios virtuales como “simulaciones de prácticas manipulativas que pueden ser hechas por el estudiante lejos de la universidad y el docente”. (Monge-Nájera, 2002).♦
Es un “centro sin paredes” cuyos usuarios pueden investigar sin tener en cuenta su situación geográfica interactuando con los colegas, teniendo acceso a los instrumentos, compartiendo los datos y los recursos informáticos, recurriendo a la información de las bibliotecas electrónicas. Ese entorno se apoya en unos programas informáticos que permiten trabajar en colaboración y simultáneamente a diversas personas desde distintos sitios. (Wulf, 2002).♦
“El laboratorio virtual es un tipo de colaboración centrada en el logro de determinados objetivos creativos o de ayuda a la toma de decisiones. Por lo tanto, un laboratorio virtual puede dedicarse prácticamente a todas las esferas de la actividad intelectual humana. (Myers, 2000).¿Qué son los Laboratorios Virtuales?
Después de analizar varias definiciones de Laboratorios Virtuales citadas por diferentes autores, se puede inferir que:
Un laboratorio es virtual siempre que algunos de sus componentes [11]: sistema experimental, experimentador y mediciones son virtuales. Los LV son herramientas y materiales que pueden proveer experiencias de aprendizaje, que permiten al educando un desarrollo significativo de sus habilidades, además de ser imitaciones digitales de prácticas de laboratorios reales, estos pueden ayudar al alumno a desarrollar destrezas básicas, entender el papel de la observación directa en Física y distinguir entre las inferencias que se realizan a partir de la teoría y de la práctica.
Cuando se hable de los LV, es requisito indispensable pensar en un término más específico y es el de prácticas de laboratorios virtuales, que no es más que el llamado LV pero dirigido a un tema o subtema dentro de la disciplina o la asignatura.
En el mundo de hoy, se ha generalizado denominar a las prácticas de laboratorios virtuales como LV, por lo que se encontrará en toda o casi toda la bibliografía del tema, el término LV ya sea de Biología, Química o Física.
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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Por lo que cada vez que se refiera el concepto o término de Laboratorio Virtual, estarán refrendados dentro de este, los LV y sus prácticas de laboratorio.
1.1.1 Tipos de Laboratorios Virtuales
Según bibliografía revisada los Laboratorios Virtuales se han clasificado en tres tipos:
Laboratorios virtuales software: Son LV desarrollados como un programa de software independiente destinado a ejecutarse en la máquina del usuario, y cuyo servicio no requiere de un servidor [25] Web.
Laboratorios virtuales Web: Este tipo de laboratorios se basa en un software que depende de los recursos de un servidor determinado
Laboratorios remotos: Estos laboratorios requieren de equipos servidores específicos que les den acceso a las máquinas a operar de forma remota, y no pueden ofrecer su funcionalidad ejecutándose de forma local.
(Á. Salavarría, 2006).
Después de un estudio realizado acerca de los tipos de LV que existen y teniendo en cuenta las ventajas que estos pueden aportar con respecto a su funcionalidad, se decide utilizar el LV Web ya que este posee características acorde a las exigencias que debe cumplir nuestro sistema porque:
♦
Cualquier usuario puede acceder a este tipo de software que este publicado en cualquier plataforma.♦
Varios usuarios podrán estar conectados a la misma vez mediante el protocolo HTTP.1.2 Instantes importantes de la historia de los Laboratorios Virtuales
Los LV comenzaron a desarrollarse en 1997 en el Centro de Investigación Académica de la Universidad Estatal a Distancia de Costa Rica, estas plataformas virtuales fueron una base para la enseñanza a distancia a nivel mundial. Transcurridos seis años, una búsqueda en Internet [14] (junio 2002) indicó que ha aumentado mucho el número de proyectos semejantes y que la mayoría se refieren al área de la física, aunque también los hay de química y biología. En América Latina, en la Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED), el primer bloque se desarrolló durante tres años y correspondió al curso de biología. (Marta Rivas Rossi, 1999).
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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El surgimiento y creación de los Laboratorios Virtuales permite la existencia de un espacio físico en las instituciones donde estos se encuentran. El uso de los LV es muy recomendable en los últimos años de la carrera universitaria; pues posibilita que el futuro egresado los conozca y utilice con enfoques de productividad en la investigación y desarrollo de tecnología.
Hoy en día estos software han tenido un auge vertiginoso en el avance científico, de ahí que su proliferación a nivel mundial se ha visto en ascenso y muchos de ellos se encuentran publicados en la red de redes (Internet) con el objetivo de crear destrezas en los estudiantes para mejorar la comprensión de los experimentos físicos. A raíz del planteamiento anterior se pueden citar los siguientes ejemplos:
Hay un sitio en España llamado “Ibercaja Zentrum” que es un nuevo espacio que contiene un LV muy bueno donde el estudiante puede adquirir habilidades, ampliar y consolidar los fundamentos teóricos de la Física.
Se cuenta también con “El Curso Interactivo de Física en Internet”. Este curso de Física general de gran interactividad; consta de 586 applets que son experimentos virtuales físicos, experiencias de gran relevancia histórica, con problemas interactivos y juegos.
1.2.1 ¿Cómo ha sido en Cuba su desarrollo?
En Cuba, la materialización dinámica de los LV es oportuna con un gran sentido de evolución, esta idea no nos puede envanecer y se debe seguir trabajando en el desarrollo de las prácticas virtuales con el fin de lograr su perfeccionamiento, sobre todo por el arribo de nuevas herramientas de aprendizaje para el auge del conocimiento.
Existen varios ejemplos que evidencian el desarrollo de los laboratorios virtuales en diferentes centros educacionales de nuestro país los cuales se citan a continuación:
♦
En la Sede Universitaria Bartolomé Masó, que forma parte de la estructura actual de la Universidad de Granma, resulta una exigencia de estos tiempos la incorporación de las tecnologías de la computación y la informatización para el control de algunos procesos y facilitar el acceso de materiales docentes que permitan profundizar y entrenarse en los contenidos. El arribo de las carreras de ingeniería en este tipo de curso los obliga a la introducción de las prácticas de laboratorios virtuales con un alto sentido de prioridad. (Sánchez, 2006). Hoy la existencia de los LV en las sedes universitarias muestra sus grandes bondades y su potencialidad en lograr un mayor alcance de todos los hombres y mujeres de nuestra sociedad a la educación superior.Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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♦
En la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, en la década de los 90, en la asignatura de Física los resultados descendieron considerablemente. Por tal razón se desarrolló una serie de investigaciones, por parte del grupo de Enseñanza de la Física de esa institución, con el fin de determinar las causas y las posibles soluciones de esa situación negativa. Uno de los estudios se encaminó específicamente a la necesidad de una mejor orientación de los estudiantes para la preparación y el desarrollo de las actividades en los Laboratorios Virtuales de Física; ya que el estudiantado distaba mucho de estar actualizado con este nuevo sistema de aprendizaje. A partir del año 2002 se comenzaron a utilizar estas prácticas obteniendo muy buenos resultados ya que garantizan la información que puede necesitar el estudiante de estas carreras para lograr su preparación teórica necesaria y encontrarse capacitados para desarrollar las prácticas de laboratorio de Física General. Actualmente, las prácticas de laboratorio propuestas por dicha institución es un elemento importante del proceso integral de construcción de conocimiento científico, además, el alumno puede utilizar la información de forma presencial o en la modalidad virtual. (Carlos A.Alejandro Alfonso, 2000).
♦
El 8 de Abril del 2004, con motivos del cumpleaños del grupo de Teleformación de la CUJAE se llevó a cabo la primera reunión del grupo de trabajo sobre laboratorios virtuales. En la actualidad el centro consta con una página que recoge diferentes prácticas de laboratorio en las disciplinas que allí se estudian. La facultad de Eléctrica a raíz de la Tarea Álvaro Reynoso como parte de la Batalla de Ideas en apoyo de la universalización del personal que labora diferentes centrales del país creó un grupo de LV de Física que permite desarrollar habilidades tendentes a mejorar la formación en áreas especialmente susceptibles para el desarrollo económico, social y cultural del país, donde el objetivo principal es preparar cada vez más al potencial humano en la histórica rama de la economía del país (azúcar) además de contener una serie de materiales complementarios para la profundización de los diferentes temas de física. (Méndez, 2004).♦
El Centro de Investigaciones Hidráulicas (C.I.H), fue fundado en diciembre de 1969 a partir del departamento de Hidráulica de la entonces Escuela de Ingeniería Civil, Facultad de Tecnología, Universidad de La Habana. Actualmente como resultado de cambios institucionales ocurridos en el país, el CIH está adscrito a la facultad de Ingeniería Civil del Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría de Ciudad de la Habana. Resultados de las actividades docentes y científicas del CIH han llevado a que el mismo cuente con un alto reconocimiento nacional e incluso en variosAutores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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países; entre estos resultados merecen destacarse sus laboratorios virtuales que son logros científicos de dicha institución. La Hidráulica, como rama del conocimiento se estudia en la carrera de Ingeniería Hidráulica y además en las carreras universitarias de Ingeniería Civil, Ingeniería Agrícola, Ingeniería Química, Ingeniería Mecánica, Ingeniería Industrial, Agronomía y Forestal. Esta especialidad requiere del trabajo en laboratorios para apoyar la formación teórica que se adquiere en las aulas y para la completa formación del especialista en postgrados, maestrías y doctorados.
(Méndez, 2004).
Se puede concluir que con los experimentos de laboratorios se han logrado resultados superiores en la formación del profesional partiendo de lo educativo, lo instructivo y el vínculo con la vida laboral, social y cultural; organizando así un trabajo metodológico dirigido a recuperar contenido y valores en el proyecto Educativo Integrador en el cual nuestro país se encuentra absorto.
1.2.2 Los laboratorios virtuales en la universidad de los nuevos retos
En la Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI) la Física se imparte en los dos primeros años de la carrera. Profesores que imparten la disciplina de Física notaron que el rendimiento del estudiantado en dicha asignatura pudo haber sido mejor, por tal razón se han desarrollado una serie de investigaciones con el fin de determinar las causas y las posibles soluciones de esta situación. Uno de los estudios se encaminó a realizar prácticas virtuales con fin de mejorar el problema existente. Nuestro entorno virtual de Física consta con 8 prácticas de LV para el estudio de algunos temas de Física I los cuales están a disposición de los estudiantes desde el curso 2004-2005, esta situación se hace contradictora con los temas de Física II por lo que se pretende realizar la primera práctica virtual de esta asignatura, que sirva como base para conformar un software que contenga todas las unidades estudias en esta disciplina.
1.2.2.1 ¿Por qué es necesario desarrollar prácticas de laboratorio de Física II en la UCI?
Aunque en Internet se encuentran muchos y variados sitios con prácticas virtuales de Física II, los siguientes argumentos justifican la necesidad de crear y utilizar uno nuevo en nuestro centro:
♦
En nuestra universidad y en general en todos los centros del país, la Física se imparte en los dos primeros años de las carreras tecnológicas y solo tienen acceso a Internet aquellos que están vinculados a proyectos productivos por lo que una gran parte no cuenta con este recurso a su favor.Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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♦
Se ha notado que en los últimos cursos (quizás los 4 últimos) los resultados en el rendimiento académico de los estudiantes de nuestra Universidad, en la asignatura de Física II, han descendido considerablemente.♦
Cabe destacar que los laboratorios presenciales distan mucho de estar actualizados acorde a los nuevos tiempos, debido a la situación económica en que se encuentra el país no permite cambiar su deplorable estado, por lo que la UCI no se encuentra exenta de esta situación y haciendo uso de las TICs se propone desarrollar prácticas de LV para lograr mejores resultados en esta disciplina.♦
Ninguno de los LV visitados reúne los requisitos que pretendemos, pues:♦
Las simulaciones son un complemento del contenido tratado anteriormente, pero las tareas son cerradas, no favorecen el aprendizaje.♦
Los contenidos de las prácticas no son afines a nuestros programas de estudio.♦
Solo presentan la simulación [28].EL centro de estudios universitario más grande de nuestro país, Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI) es muestra de las transformaciones que surgen en cuanto a estudio se refiere. Desde sus comienzos ha trabajado en aras de lograr la vinculación estudio-trabajo y por sobre todo acaparar cuanta forma de conocimiento sea posible, para su desarrollo y remodelación del sistema educacional del país.
Partiendo de lo anterior y basándose en el perfil educacional de la Facultad 5 de la Universidad de las Ciencias informáticas: Multimedia y Realidad Virtual; surge como tarea principal del Proyecto Productivo PROLAVI diseñar e implementar una Aplicación Web que permita diseñar secuencias de actividades de aprendizaje, utilizando la filosofía de trabajo que presenta LAMS (Learning Management Activities System) Sistema de Control de Actividades de Aprendizaje pero empleando otras herramientas y funcionalidades requeridas por el equipo de trabajo de dicho proyecto.
Los Entornos Virtuales de Aprendizaje son el eslabón principal para la enseñanza del alumnado y de los profesores que la componen; esta es una manera que aunque atípica a lo que estamos acostumbrados a ver, ya puede dar muestras de los avances que se han logrado en los miles de estudiantes que forman parte de esta novedosa vía de integrarse a la sociedad del conocimiento. La UCI tiene como primordial actividad poseer la producción de software para diversas ramas de la ciencia, salud, comercio; en general
Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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producir software para el país y el exterior; y en esta tarea sus estudiantes son la fuerza esencial para lograrlo.
Moodle es uno de estos entornos de aprendizaje con que cuenta la UCI y muchas otras instituciones en el mundo; aunque brinda grandes posibilidades para la educación no es la línea que seguirá este trabajo ya que muestra los mismos contenidos a todos los alumnos. Es decir, no tiene manera de ir acompañando el proceso de aprendizaje de cada alumno, mostrándole sólo las lecciones y actividades que más se adecuen a su perfil y desempeño.
La orientación de LAMS es una práctica bastante innovadora, en vez de centrarse en presentar contenidos únicamente a un solo estudiante; el sistema está pensado para que los educadores puedan diseñar actividades de aprendizaje colaborativas dirigidas a todo un grupo o parte del mismo de manera flexible; es decir, utilizando varias secuencias que no tienen que ser las mismas ni en el mismo orden para todo el grupo de estudiantes al que estén dirigidas. Las secuencias están más acordes al nivel de aprendizaje del estudiante, permitiendo una atención bien específica y en ocasiones individual. De hecho, no muy distinto de lo que es planificar una lección de manera convencional: sólo que ahora el estudio es interactivo y las computadoras son las libretas y libros del estudiantado de hoy. LAMS se hace cada vez más utilizado y su popularidad se acrecienta por día, esto está dado por la óptica en que se encuentra desarrollado: su interactividad, interfaz gráfica [12] y facilidad de trabajo, además consta de una serie de herramientas, unas encargadas de organizar el trabajo diseñado por el profesor y otras previstas para que el estudiante siga el hilo conductor de las actividades que le son programas: foros, chat, formación de grupos, envío de archivos, encuestas, forum, pizarra de anuncios, preguntas-respuestas y agenda. Este hecho apoya nuestra propuesta preliminar, ya que se logrará una estrecha relación entre ambas aplicaciones logrando resultados fehacientes.
1.3 Ventajas e Inconvenientes de los Laboratorios Virtuales
En este epígrafe pretendemos destacar las ventajas e inconvenientes que poseen este tipo de herramienta para la enseñanza superior en la carrera de Informática. Cuando se conoce que por diversas razones esta importante forma de enseñanza de la física no se desarrolla satisfactoriamente en los niveles de educación precedente.
Si se parte de un prejuicio negativo contra los LV de Física, se puede señalar que:
♦
No siempre disponen de la ficción adecuada para el tema que el profesor desea trabajar.Autores: Naiby Rivero García Yaima de la Caridad Herrera Herrera
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♦
El estudiante de zonas aisladas geográficamente y que no cuenta con un computador, no puede obtener el conocimiento por este medio.♦
No puede suplantar la experiencia práctica del laboratorio tradicional, utilizándose como una herramienta complementaria en la formación del estudiante.Sin embargo se considera que los LV:
♦
Es el software idóneo para que el alumno compruebe de forma física o práctica, los conceptos o principios teóricos adquiridos en el aula.♦
Se convierten en una ayuda interactiva para el aprendizaje de contenidos difíciles de demostrar en la realidad.♦
Permiten que el estudiante realice cada laboratorio en cualquier lugar y tiempo, sin necesidad de acudir a las aulas.♦
Se incorporan las Tecnologías de la Información y Comunicación en las prácticas educativas y sociales para beneficio de los estudiantes.Como comentario final: consideramos que una instalación virtual no sustituye a una instalación real. Pero a su favor tiene, el permitir a aquellos que no pueden contar con un laboratorio real, tener una herramienta de alto valor tecnológico y pedagógico. Aun más, permite ejecutar un mismo experimento con una variedad de alternativas tales que ninguna instalación real podría superar, ni tan siquiera asemejar. Por último un proceso virtual puede ejecutarse en cualquier lugar y en cualquier momento, solo con la tenencia de una PC.
1.4 Consideraciones necesarias acerca del Campo Electrostático
En el trabajo que nos ocupa, se ha escogido el tema de Física II “Campo Electrostático”, por los conocimientos que adquieren los estudiantes a partir de ese contenido.
Es el campo electrostático, uno de los elementos más importantes en la comprensión de los conceptos relacionados con la carga, el movimiento, la interacción, trabajo sobre las cargas en un campo electrostático, potencial y superficies equipotenciales. Este posee dos propiedades que lo caracterizan, una es escalar (potencial del campo (V)) y la otra vectorial (intensidad (E)). El concepto de potencial del campo electrostático es importante para la vida y la técnica, porque nos permite conceptualizar el trabajo como en forma de energía potencial eléctrica, además tiene una profunda significación desde el punto de vista energético ya que, puede establecerse que un cuerpo cargado situado en una región donde existe un
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campo eléctrico, posea cierta energía potencial electrostática, del mismo modo que una partícula con masa conserve una energía potencial gravitatoria en el seno de un campo gravitatorio
Para el estudio del campo electrostático es importante saber cuándo existen puntos con igualdad de potencial, puntos equipotenciales y por supuesto, superficies equipotenciales, ya que nos ayuda a poseer una idea de la configuración de ese campo electrostático. En centros de gran renombre como la UPC (Universidad Politécnica de Cataluña, España); HARVARD (Universidad de élite norteamericana);
MPI (Instituto Politécnico de Massachussets, EEUU), se hace un análisis profundo sobre el estudio del campo electrostático, por la importancia que tienen los fenómenos que se desarrollan dentro de este, además cabe destacar que el estudio de este tema nos permite continuar en el completamiento del cuadro físico del mundo.
1.5 Herramientas y metodologías actuales a considerar
En la actualidad Cuba avanza hacia el “software” libre. El plan es utilizar el sistema operativo GNU/Linux como sistema de base, para reemplazar al sistema actualmente en uso, Microsoft Windows.
La UCI como institución de avanzada en el campo de la informática está comprometida llevar a cabo esta política de migración. El presente trabajo parte de esa premisa y se propone la construcción de un sistema que satisfaga las necesidades y preocupaciones que dieron lugar a su origen, haciendo uso de herramientas y tecnologías libres.
1.5.1. Metodologías para el desarrollo de Sistemas Informáticos
Las metodologías imponen un proceso disciplinado sobre el desarrollo de software con el fin de hacerlo más predecible y eficiente. El uso de una metodología para la elaboración de un producto informático, garantiza determinadas características en el mismo, dentro de ellas la calidad, factor clave tanto para el cliente como para el productor.
Sin duda alguna las metodologías que existen actualmente se adecuan al desarrollo de la mayoría de las aplicaciones, puesto que han surgido de la experiencia en la producción acumulada por varios años, incluso por varias décadas; muchas de ellas son el resultado de la evolución y desarrollo de otras unido al cambio producido en el mundo informático, influenciado por evolución de paradigmas en la programación.
Se propone para la construcción del sistema hacer uso de la Metodologías de desarrollo para el Proceso Unificado del Software (RUP).
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1.5.1.1 Metodologías de desarrollo para el Proceso Unificado del Software (RUP)
RUP es una metodología fue creada por Jacobson, Rumbaugh y Booch. Unifica los mejores elementos de metodologías anteriores, además de ser orientado a objetos, lo que permite un enfoque disciplinado para asignar tareas y responsabilidades en cualquier proyecto de software. Su meta es asegurar la producción de software de muy alta calidad que satisfaga las necesidades de los usuarios finales, dentro de un calendario y presupuesto predecible. Las actividades de esta metodología están conformadas en grupos lógicos definiéndose 9 flujos de trabajo principales divididos en 4 fases. Los 6 primeros flujos son conocidos como flujos de ingeniería y los tres últimos como de apoyo. En la Figura 8: RUP en Dos Dimensiones se representa el proceso en el que se grafican los flujos de trabajo y las fases y muestra la dinámica expresada en iteraciones y puntos de control.
Figura 1: RUP en Dos Dimensiones
Entre sus principales características de RUP tenemos las siguientes:
♦
Iterativo e Incremental.♦
Dirigido por los Casos de Uso.♦
Centrado en la arquitectura.Iterativo e Incremental:
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♦
Pequeños proyectos que incorporan incrementalmente nueva funcionalidad y cuyo desarrollo es una iteración.♦
Obtiene un sistema robusto.♦
Reduce el riesgo de tener un mal producto.♦
Reduce el riesgo de no obtener el producto en el tiempo previsto.Dirigido por los Casos de Uso:
♦
Servicios que un actor requiere del sistema y le proporcionan un resultado.♦
Proporcionan los Requisitos Funcionales del sistema.♦
Describen toda la funcionalidad del sistema.Centrado en la Arquitectura:
♦
Los casos de uso describen la funcionalidad del sistema.♦
La arquitectura define la forma del sistema.♦
Se describe mediante Vistas que incorporan el 5-10% de los casos de uso más relevantes.Este proceso de desarrollo considera que cualquier sistema software que se desee implementar debe
♦
elimita el proyecto♦
a y se obtiene una aplicación ejecutable que♦
han pasado las pruebas. Se
♦
ya está listo para su instalación en las condiciones reales. Puede implicar reparación de errores.r y documentar los artefactos de un sistema que involucra gran cantidad de software. (Enríquez, 2002)
pasar por cuatro fases:
Conceptualización (Concepción o Inicio): Se describe el negocio y se d describiendo sus alcances con la identificación de los casos de uso del sistema.
Elaboración: Se define la arquitectura del sistem responde a los casos de uso que la comprometen.
Construcción: Se obtiene un producto listo para su utilización que está documentado y tiene un manual de usuario. Se obtiene 1 o varios release del producto que
ponen estos release a consideración de un subconjunto de usuarios.
Transición: El release
1.5.2. Lenguaje Unificado de Modelado (UML)
El Lenguaje Unificado de Modelado (UML) es un lenguaje estándar para escribir planos de software. Este puede utilizarse para visualizar, especificar, construi
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Es un lenguaje de propósito general para el modelado orientado a objetos. Además es también un lenguaje de modelamiento visual que permite una abstracción del sistema y sus componentes.
(Rumbaugh, 1998). Está formado por diagramas que contienen elementos y sus relaciones Figura 9.
Figura 2: El vocabulario UML
En resumen UML ha ejercido un gran impacto en la comunidad de software, su utilización en todo el mundo es para construir aplicaciones en diferentes dominios y de todos los tamaños (Jesús J. García Molina, 2004). El mismo pretende unificar la experiencia basada sobre técnicas de modelado e incorporar las mejores prácticas actuales en un acercamiento estándar. UML no es un lenguaje de programación [16]. Las herramientas pueden ofrecer generadores de código de UML para una gran variedad de lenguaje de programación, así como construir modelos por ingeniería inversa a partir de programas existentes.
1.6 Lenguajes para implementar aplicaciones Web
Una de las condiciones fundamentales que debe cumplir una práctica de laboratorio es la interacción y personalización de la información con el usuario. Esto se logra por medio de diferentes lenguajes de programación para Web que existen hoy en día. Dichos lenguajes se clasifican en dos partes
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fundamentales que reconocen la propia arquitectura Cliente/Servidor de esta plataforma de desarrollo: los lenguajes del lado del servidor y los lenguajes del lado del cliente. Entre los lenguajes del lado del servidor podemos encontrar entre los más sobresalientes por el progreso que estos han tenido, PERL, ASP, PHP, Java, Java Server Pages (JSP) [15]. Estos se caracterizan por desarrollar la lógica de negocio dentro del servidor, además de ser los encargados del acceso a bases de datos y tratamiento de la información. Del lado del cliente se encuentran principalmente el JavaScript (JScript) y el Visual Basic Script (VBScript), que son los encargados de aportar dinamismo a la aplicación en los navegadores. En el caso del VBScript este es prácticamente usado a la hora de programar en ASP del lado del servidor, ya que su mayor desventaja radica en que solo es soportado por el Navegador Web de su fabricante, Microsoft. Por otro lado JScript es soportado por la mayoría de los navegadores existentes actualmente. Esta distinción en los lenguajes ha sido necesaria debido a que la Web funciona en modo “Desconectado”, o sea, un usuario a través de un navegador hace una petición de una página Web [19] a un servidor Web [26] (Request), el servidor recepciona la petición, la procesa y le envía la respuesta al cliente (Response), este la recibe y se desconecta. Por todo lo antes expuesto a continuación se describe el lenguaje a utilizar para implementar la Web.
1.6.1 Pre- Procesador de Hipertexto (PHP)
PHP (Personal Home Page) es un acrónimo [2] recurrente que significa "Hypertext Pre-processor", y se trata de un lenguaje interpretado usado para la creación de aplicaciones para servidores, o creación de contenido dinámico para sitios Web. Se utiliza también para crear otro tipo de programas incluyendo aplicaciones con interfaz gráfica.
Es un lenguaje de programación del lado del servidor gratuito e independiente de plataforma, rápido, y posee mucha documentación, de modo que si se está familiarizado con esta sintaxis [29], resultará muy fácil aprender PHP. (Alvarez, 2001).
Este corre en 7 plataformas, funciona en 11 tipos de servidores, ofrece soporte sobre unas 20 Bases de Datos y especialmente se vincula de una forma muy cómoda con MySQL y el servidor Apache, contiene unas 40 extensiones estables sin contar las que se están experimentando, además es un software abierto, lo que implica menos costes y servidores más baratos que otras alternativas, posee la capacidad de incrustar código PHP en las páginas HTML, tiene una sintaxis inspirada en C y además permite las técnicas de Programación Orientada a Objetos. Este lenguaje presenta una gran cantidad de scripts en
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PHP ya programados, que admiten fácilmente añadir todo tipo de funcionalidad a nuestra Web (foros, chat, encuestas, tiendas de comercio electrónico.), estos se pueden modificar para adaptarlo al entorno en el que se este trabajando, su librería es estándar y realmente amplia, lo que permite reducir los llamados
“costes ocultos” uno de los principales defectos de ASP. PHP es la gran opción de desarrollo de aplicaciones Web [4] porque su código se ejecuta sin cambios en una gran variedad de sistemas. Este lenguaje tiene muchas virtudes que lo han convertido en la opción de muchos programadores y permite constituirse como una de las alternativas más atractivas del mercado, por lo que no es complicado encontrar ayuda, artículos, noticias y más recursos.
Entre las ventajas que puede aportar podemos citar:
♦
Similar en sintaxis a C y a PERL.♦
Se puede hacer de todo lo que se pueda transmitir por vía HTTP.Se puede señalar que este lenguaje de programación a pesar de presentar varias ventajas, también posee inconvenientes, como:
♦
Todo el trabajo lo realiza el servidor y no delega al cliente. Por tanto puede ser más ineficiente a medida que aumenten las solicitudes.♦
La legibilidad del código puede verse afectada al mezclar sentencias HTML y PHP.♦
La orientación a objetos es aún muy deficiente para aplicaciones grandes.1.6.2 Plataforma de desarrollo Web
Un framework es una estructura de software compuesta por componentes personalizables e intercambiables para el desarrollo de una aplicación, este puede ser organizado y desarrollado.
Típicamente, un framework puede incluir soporte de programas, bibliotecas y un lenguaje de scripting entre otros software para ayudar a desarrollar y unir los diferentes componentes de un proyecto. También un framework se puede considerar como una aplicación genérica incompleta y configurable a la que podemos añadirle las últimas piezas para construir una aplicación concreta. Los objetivos principales que persigue un framework son: acelerar el proceso de desarrollo, reutilizar código ya existente y promover buenas prácticas de desarrollo como el uso de patrones [22].
Existen varios tipos de frameworks Web, la mayoría se encargan de ofrecer una capa de controladores de acuerdo con el patrón MVC o con el modelo 2 de Servlets [27] y JSP, ofreciendo mecanismos para facilitar
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la integración con otras herramientas para la implementación de las capas de negocio y presentación.
(Gutiérrez, 2007).
1.6.2.1 NuSphere PHpED
Es un entorno de desarrollo profesional para PHP, con depurador, análisis de errores, ayudas para la localización de cuellos de botella en el código, publicación segura de código en servidores e integración con herramientas de terceros. NuSphere PhpED es hoy en día un ambiente de desarrollo integrado superior para el PHP.
PhpED es una herramienta robusta que ofrece la funcionalidad del full-cycle para el desarrollo de sitios y aplicaciones Web. Como en cualquier proceso complicado, la eficacia del desarrollo del PHP depende de la opción de las herramientas de la producción. NuSphere ha desarrollado a Nu-Codificador - un codificador de gran alcance de PHP que permite a los reveladores de dicho lenguaje proteger su código y del copiado desautorizado. El Nu-Codificador convierte el código fuente [9] de la escritura de PHP en los bytecodes [8] compilados de este lenguaje para el funcionamiento acelerado y su máxima seguridad. Este codificador tiene grandes ventajas como:
♦
Facilidad de Empleo♦
Alto rendimiento♦
Integración apretada♦
Ayuda técnica(Corporation, 2007)
1.6.3 Lenguaje de marcación de Hipertexto (HTML)
HTML (HyperText Markup Language), lenguaje de marcas hipertextuales: es el lenguaje más utilizado para la presentación de textos estructurados en formato hipertexto. HTML se utiliza para crear las páginas Web, es un lenguaje muy sencillo que permite combinar gráficos, textos y enlaces, además es utilizado por la práctica totalidad de navegadores Web.
Por el desarrollo acelerado que ha tenido Internet y a los navegadores del tipo Internet Explorer, Opera, Firefox o Netscape, el HTML se ha convertido en uno de los formatos más populares que existen para la construcción de documentos y también de los más fáciles de aprender. En síntesis, se trata de un lenguaje para estructurar documentos a partir de texto en World Wide Web. Las aplicaciones de texto,
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tienen la ventaja de ocupar poco espacio, ser rápidas y la mayoría tiene mucho desarrollo ya que existen hace mucho tiempo. Pero tiene la deficiencia de ser un lenguaje programación estático es decir muestra su contenido en el explorador sin reaccionar de forma dinámica a las acciones del usuario. Si bien este lenguaje es perfecto para ofrecer una presentación agradable de páginas a los navegadores, también es cierto que impone un límite a la interacción entre el usuario y el servidor Web, y hay que modificar a mano las páginas estáticas para poder actualizar su contenido.
1.6.4 Hojas de Estilo en Cascada (CSS)
CSS (Cascade Style Sheets) es un lenguaje formal usado para definir la presentación de un documento estructurado escrito en HTML o XML. La finalidad de ellas es crear unos estilos físicos, separados de las etiquetas HTML, y aplicarlos en los bloques de texto en los que se quieran emplear. Estos estilos podrán ser modificados en algunas ocasiones desde JavaScript, lo que brinda mayor interactividad. Además la sintaxis CSS permite aplicar al documento formato de modo mucho más exacto, y puede definir atributos en las páginas utilizando unidades como: pixeles, porcentaje, pulgadas, puntos y centímetros. (Nielsen, 2007).
En resumen, las hojas de estilo permiten separar el formato visual de las páginas de contenido. Después de analizar la ventaja que representan, se propone su utilización en la propuesta de solución.
1.7 Herramientas propias de simulación
Los lenguajes de simulación tienen numerosas ventajas: permiten simulación multidisciplinaria y flexibilidad, con un lenguaje próximo a la ingeniería, sus algoritmos matemáticos son eficientes y las librerías específicas muy completas (facilitan el modelado). Entre los más utilizados están Ecosimpro, Matlab (Matrix Laboratory), Simulink, Macromedia [18] Flash y Java. En el caso de Ecosim es un software para la simulación de sistemas continuos y/o discretos aunque su mayor inconveniente es que sus algoritmos matemáticos no son óptimos y a la vez resultan difíciles de modelar. Otra herramienta muy utilizada es Matlab, que es un programa de cálculo numérico, orientado a matrices y vectores. Por tanto desde el principio hay que pensar que todo lo que se pretenda hacer con él, será mucho más rápido y efectivo si se piensa en términos de matrices y vectores. Por otra parte Simulink es una herramienta para el modelaje, análisis y simulación de una amplia variedad de sistemas físicos y matemáticos, este no es completamente un programa separado de MatLab, sino un anexo a él lo que trae consigo que para su uso
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necesite muchas de las funcionalidades del mismo. Java tiene una gran ventaja y es la de ser un recurso que permite explorar mejor la interactividad en la Web, a través de los applets, por tal razón es el lenguaje que se utiliza para realizar la simulación.
1.7.1 Java
Java es un lenguaje de programación orientado a objetos desarrollado por Sun Microsystems a principios de los 90, es la compañía que ha realizado un intento de resolver simultáneamente todos los problemas que se le plantean a los desarrolladores de software por la proliferación de arquitecturas incompatibles, tanto entre las diferentes máquinas como entre los diversos sistemas operativos [31], añadiendo la dificultad de crear aplicaciones distribuidas en una red como Internet. A diferencia de los lenguajes de programación convencionales, que generalmente están diseñados para ser compilados a código nativo, el código fuente Java se “compila” a un código de bytes de alto nivel independiente de la máquina. Este código (byte-codes) está diseñado para ejecutarse en una máquina hipotética que es implementada por un sistema run-time, que sí es dependiente de la máquina.
A continuación se muestran algunas de las características que ofrece Java:
♦
Simple♦
Orientado a Objetos♦
Distribuído♦
Robusto♦
Arquitectura neutral♦
Seguro♦
Portable♦
Interpretado♦
DinámicoEl lenguaje Java proporciona una serie de paquetes que incluyen ventanas, utilidades, un sistema de entrada/salida general, herramientas y comunicaciones. Además incluye en su última versión diversos paquetes que uno de ellos es de gran utilidad para la realización de applet: Java.applet, este paquete contiene clases diseñadas para usar con applets. Hay una clase Applet y tres interfaces: AppletContext, AppletStub y AudioClip.
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En la realización del trabajo resulta muy eficiente utilizar el paquete Java.applet ya que presenta una serie de funcionalidades que son apropiadas para realizar la simulación del fenómeno físico.
¿Qué es un Applet?
Se trata de pequeños programas hechos en Java, que se cargan en las páginas Web y que el navegador ejecuta en el espacio de la página
.
(Alvarez, 2002). Estos carecen de un método main [19], por eso se utiliza principalmente para el trabajo de páginas Web, ya que es un pequeño programa que es utilizado en una página HTML y representado por una pequeña pantalla gráfica dentro de esta. Se puede cargar y ejecutar desde cualquier explorador que soporte JAVA (Netscape y Explorador de Windows). Los principales navegadores ya tienen este recurso incorporado, dispensando cualquier providencia por parte del usuario para ejecutar los applets, por lo que se hace necesario en muchas ocasiones instalar una máquina virtual de java. El applet debe correr en un contenedor, que lo proporciona un programa anfitrión, mediante un plugin [21], o en aplicaciones como teléfonos móviles que soportan el modelo de programación por applets.Ejemplos comunes de applets son las Java applets y las animaciones Flash. Otro ejemplo es el Windows Media Player utilizado para desplegar archivos de video incrustados en los navegadores como el Internet Explorer. Otros plugins permiten mostrar modelos 3D que funcionan con un applet.
1.8 Almacenamiento de datos
1.8.1 LDAPEl Protocolo de Acceso Ligero a Directorio, mejor conocido como LDAP (Lightweight Directory Access Protocol). Implementa un servicio de directorio jerárquico y distribuido para acceder a depósitos de información referente a usuarios, contraseñas y otras entidades en un entorno de red, ofreciendo una amplia capacidad de filtrado sobre la información que está siendo solicitada. (Donnelly, 2000).
¿Puede considerarse LDAP una base de datos [6]? No, en el término que es utilizado en la industria;
LDAP está diseñado y optimizado para ofrecer lectura y búsqueda de información a una gran cantidad de solicitudes simultáneas, sin embargo, se encuentra severamente limitado en cuanto a actualizaciones y control de transacciones de información, algo que debe ser delegado a una base de datos, lo anterior no implica que LDAP no es capaz de actualizar y controlar transacciones, sino que no está optimizado para esto. (Donnelly, 2000).
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1.8.2 MySQL
Se empleará MySQL ya que este es un gestor de bases de datos SQL (Structured Query Language) y mediante él se logra acceder a enormes base de datos de forma simultánea por varios usuarios y/o aplicaciones.
Es un software de código abierto, ya que podemos descargarlo desde Internet y utilizarlo sin pagar nada, de esta manera cualquiera puede inclinarse a estudiar el código fuente y cambiarlo para adecuarlo a sus necesidades. Trabajar con MySQL es factible porque es muy rápido, tiene buenas utilidades de administración, es confiable, robusto y fácil de usar tanto para volúmenes de datos grandes como pequeños, sin límites en los tamaños de registros. Además tiene un conjunto muy práctico de características desarrolladas en cooperación muy cercana con los usuarios. MySQL hoy en día ofrece un rico y muy útil conjunto de funciones. La conectividad, velocidad y seguridad ya que tiene mejor control de acceso a usuarios.
Decir además que se utilizará MySQL ya que este software posee una perfecta integración con PHP que es el lenguaje que se usará para implementar la Web y ambos resultan muy útiles para diseñar de forma rápida y eficaz aplicaciones Web dirigidas a bases de datos.
1.9 Selección de las tecnologías a utilizar en la propuesta de solución
Con las descripciones dadas en los epígrafes anteriores y con un conocimiento del problema en cuestión se escogió el lenguaje de programación para implementar la aplicación Web, Personal Home Page (PHP) ya que es un lenguaje del lado del servidor, multiplataforma [17], bastante sencillo y fácil de aprender.
Además sobre esta Web se montará un applet el cual será realizado en lenguaje Java, este contiene un paquete llamado (Java.applet,) con diferentes utilidades idóneas para realizar animaciones, representar gráficamente los fenómenos físicos y en el caso particular de este trabajo para la simulación del campo electrostático. Se selecciona como sistema de gestor de base datos MySQL ya que es factible y proporciona las ventajas de ser muy rápido y tiene buenas utilidades de administración. La edición de las páginas Web se desarrollará en Macromedia Dreamweaver MX 2007, por ser la herramienta de creación de sitios Web más utilizada en la actualidad y poseer un amplio soporte para la creación y utilización de CSS, logrando un diseño sencillo y óptimo. Para crear las páginas Web se utiliza HTML por las características que este presenta; es un lenguaje muy sencillo que permite combinar gráficos, textos y enlaces. Como metodología de desarrollo, RUP por todas las ventajas de organización que brinda y por
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venir acompañada de una potente herramienta que soporta todos los procesos básicos: Rational Rose.
Además se utiliza UML como lenguaje Unificado de Modelado.
Consideraciones finales del capítulo
En el presente capítulo se propuso un modelo para el empleo de prácticas virtuales que cumplan con determinados requerimientos, a partir de los cuales el docente pueda organizar el trabajo con vistas a su utilización en función de la clase de laboratorio. Se precisa la idea de que esta herramienta informática se utilice como medio que favorezca el aprendizaje en el contexto del laboratorio. Por tal razón, el seguimiento de la misma permitirá ampliar su visión sobre el sistema de conocimientos, y a su vez, garantizará el adecuado vínculo entre el modelo físico y la realidad.
Después de estar descritos los principales conceptos teóricos que sustentan el presente trabajo se escogieron las herramientas informáticas que permitirán construir una solución factible basada en la propuesta realizada.
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Capítulo
R
EPRESENTACIÓN DE LA SOLUCION PROPUESTA2
Introducción
En el presente capítulo se hace la descripción de la propuesta del sistema y se describen los procesos del negocio para un mayor entendimiento del mismo, se analizan los requerimientos funcionales y no funcionales.
2.1 Modelo de Negocio
Un sistema, por pequeño que sea, generalmente es complicado. Por lo que en ocasiones es necesario dividirlo en fragmentos para poder comprenderlo mejor. Esas piezas se pueden representar a través de modelos que permitan abstraer sus características esenciales.
En el campo del software también es de gran utilidad la creación de modelos que organicen y presenten los detalles importantes de problemas reales que se vinculan con el sistema informático [30] a construir.
Estos modelos deben cumplir una serie de propiedades, entre ellas, la de ser coherentes y relacionados.
Uno de los modelos útiles previo al desarrollo de un software es el modelo del negocio.
El modelado del negocio es una técnica para comprender los procesos del negocio de la organización.
Los propósitos que se persiguen al realizarse el modelado del negocio, son:
♦
Entender la estructura y la dinámica de la organización.♦
Entender los problemas actuales e identificar mejoras potenciales.♦
Asegurarse de que los clientes, usuarios finales y desarrolladores tienen una idea común de la organización.♦
Derivar los requerimientos del sistema a partir del modelo de negocio que se obtenga.Para alcanzar estos objetivos, el flujo de trabajo de la modelación del negocio describe cómo desarrollar la visión de la nueva organización que se pretende alcanzar, y sobre la base de esta visión, definir los procesos, roles y responsabilidades de esa organización en el modelo de casos de uso del negocio y el modelo de objetos del negocio.
