E-Learning con competencias prácticas: Integración de Sistemas de Gestión de Aprendizaje y Laboratorios

(1)

E-Learning con competencias prácticas:

Integración de Sistemas de Gestión de

Aprendizaje y Laboratorios

Manuel Castro

Gabriel Díaz / Elio San Cristóbal / Alberto Pesquera / Mohamed Tawfik Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Control

(UNED)

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ÍNDICE



Introducción



Situación Actual

 Sistemas de Gestión del Aprendizaje

 Laboratorios Virtuales

 Problemática actual



Proyecto iLab (MIT)



Arquitectura Propuesta



Trabajos Realizados



Trabajos Futuros

(3)

INTRODUCCIÓN

La educación a distancia a través de Internet (online) ha experimentado en los últimos años un gran

crecimiento

 En Estados Unidos, unos 3,9 millones de personas

estudiaban en 2007 algún curso de educación superior virtualmente

 En España, aproximadamente el 30% de la oferta de programas de posgrado es ya online, según datos del Instituto Universitario de Posgrado

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INTRODUCCIÓN

UNED  _{Universidad a} Distancia  Modelo mixto  Educación personalizada (blended learning)  Estudiantes en todo el ámbito nacional y mundial  _{Necesidad de una} metodología de aprendizaje adecuada

También hay estudiantes en:

•Europa

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INTRODUCCIÓN

Existen asignaturas donde los alumnos deben:

 Adquirir conocimiento teórico

 Adquirir conocimiento práctico o habilidades

¿Cómo adquirir ambos conocimientos en una universidad a Distancia?

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ÍNDICE



Introducción



Situación Actual



Proyecto iLab (MIT)



Arquitectura Propuesta



Trabajos Realizados



Trabajos Futuros

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SITUACIÓN ACTUAL

Existen algunas soluciones e-learning destinadas a enseñar conocimiento práctico y teórico

 Conocimiento teórico

 Páginas Web

 Wikis

 LMS (Iniciativa privada o Código abierto)

 Conocimiento práctico

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ÍNDICE



Introducción



Situación Actual



Proyecto iLab (MIT)



Arquitectura Propuesta



Trabajos Realizados



Trabajos Futuros

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SITUACIÓN ACTUAL (LMS)

Sistemas de Gestión de Aprendizaje o LMS.

Permiten mostrar y organizar el conocimiento de acuerdo con los objetivos propuestos por el profesor. Para ello:

 Servicios y Aplicaciones  Autenticación

 Comunicaciones asíncronas (foros, correo, etc.)

 Comunicaciones síncronas (chats, etc.)

 Herramientas de evaluación (test, etc.)

 Seguimiento de Alumnos

 Estándares e-learning. Ejemplos

 De contenido (LO, IMS-packing, SCORM)

(10)

SITUACIÓN ACTUAL (LMS)

Estos estándares e-learning permiten:

o Descripción de contenidos (IEEE-LOM, Dublin CORE)

• Búsqueda y recuperación de contenidos

o Reutilización de contenido (paquetes IMS, SCORM)

o Reutilización de tipos de preguntas y de pruebas de

evaluación (IMS-QTI)

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SITUACIÓN ACTUAL (LMS)

Actualmente existen un gran número de LMS en el Mercado. Estos pueden ser:

 _{Iniciativa Privada (Blackboard, etc.)}

 Para que una institución pueda instalarla deberá pagar por ello

 La modificación de código, para adaptarla a nuevas necesidades es casi exclusivo de la empresa creadora

 Nuevas versiones >>> integrables con aplicaciones externas

 Código abierto (Moodle, dotLRN, Sakai, etc.)

 No es necesario pagar por ella

 Es posible conocer su arquitectura y programación, por tanto, es posible crear y adaptarla a las necesidades de cada

(13)

ÍNDICE

 Introducción

 Situación Actual

 Laboratorios SW  Laboratorios Web  Laboratorios Remotos

 Proyecto iLab (MIT)  Arquitectura Propuesta  Trabajos Realizados  Trabajos Futuros

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SITUACIÓN ACTUAL (LABORATORIOS)

Los Laboratorios Virtuales ofrecen la posibilidad de adquirir conocimiento práctico desde cualquier lugar y en cualquier

momento

Actualmente se pueden dividir los laboratorios en tres

Grupos:  Laboratorios Software  Laboratorios Web  Laboratorios Remotos Laboratorio Logs Interfaz de Usuario Servicio de reservas Gestión de Logs de Experimentos Autenticación Grupos y Gestión de Perfiles Contenidos (No SCORM…) Herramientas de Comunicación Herramientas de Evaluación

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ÍNDICE

 Introducción

 Proyecto iLab (MIT)  _{Arquitectura Propuesta}  Trabajos Realizados  Trabajos Futuros

(16)

Laboratorios Software es un programa de

ordenador que simula sistemas, dispositivos y situaciones del mundo real

(17)

Laboratorios Software (Ventajas)

 Existen sistemas demasiado caros para que cualquier

organización o universidad disponga de ellos

 Los estudiantes pueden instalar el software en cualquier

ordenador y realizar sus prácticas en cualquier momento y lugar (24 horas al día, 7 días a la semana y 365 días al año)

 Los programas de simulación permiten:

 Al profesor, diseñar experimentos que puedan dañar el sistema.  Al estudiante, realizar sus prácticas sin temor de poder

equivocarse y provocar algún daño a los dispositivos

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Laboratorios Software (Desventajas)

 El estudiante no trabaja con dispositivos reales

 Problemas de versiones. Para evitar esto:

 No existen herramientas colaborativas

 No existe posibilidad de que el tutor pueda evaluar de forma continua los progresos realizados por el estudiante

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Laboratorios Software (Ejemplos)

• VLabQ. Es un simulador interactivo de prácticas de

laboratorio de Química

Herramientas y menús para realizar la práctica

Cambiar la velocidad de simulación

Práctica realizada por el alumno

Documento del profesor que explica como realizar la práctica y posteriormente le pregunta sobre los resultados obtenidos

(20)

Laboratorios Software (Ejemplos)

• RCSim. Es un simulador de circuitos resistivos, permite

el diseño del circuito

(21)

ÍNDICE

 Introducción

 Proyecto iLab (MIT)  _{Arquitectura Propuesta}  Trabajos Realizados  Trabajos Futuros

(22)

Laboratorios Web El estudiante no necesita instalar el programa de simulación en su ordenador, tal vez

algún plug-in. Un servidor web, que es el encargado de servir el programa de simulación. Es necesario un PC con conexión a Internet

(23)

Laboratorios Web (Ventajas)

 Existen sistemas demasiado caros para que cualquier

organización o universidad disponga de ellos

 Acceso en cualquier ordenador y realizar sus prácticas

en cualquier momento y lugar (24 horas al día, 7 días a la semana y 365 días al año)

 El servidor web, aparte de proporcionar el programa

de simulación, ofrece herramientas de:

 Autenticación  Comunicación

 Síncrona (chat, etc.)  Asíncrona (foros, etc.)

 Permite al profesor seguir los progresos de los

estudiantes. Logs y de los resultados de sus experimentos

(24)

Laboratorios Web (Desventajas)

 La principal desventaja es que el estudiante no trabaja con sistemas reales.

Programas de simulación

(25)

Laboratorios Web (Ejemplos)

 Laboratorio Web DIEEC (UNED). Que permite a un estudiante simplificar funciones lógicas por el

método de Karnaugh (Applet de java)

(26)

Laboratorios Web (Ejemplos)

 _{La web “fisquiweb” destinada al aprendizaje de la física y}

química, ofrece un conjunto de material didáctico y de

laboratorios para el aprendizaje de esta asignatura (FLASH)

(27)

ÍNDICE

 Introducción

 Proyecto iLab (MIT)  Arquitectura Propuesta  Trabajos Realizados  Trabajos Futuros

(28)

Laboratorios Remotos El estudiante se conecta a un servidor web, este le mostrará las imágenes reales de los instrumentos que va a manejar, las acciones que puede realizar y los resultados de esas acciones

(29)

Laboratorios Remotos (Ventajas)

 Instrumentos reales, no con programas de simulación.

 Acceso en cualquier momento y lugar

 Para acceder a estos laboratorios se crean un conjunto de servicios:

 Autenticación.

 Autorización. Una vez autenticado hay que comprobar a que

experimentos tiene acceso

 Comunicación (Chats, foros, e-mail, etc.)

 Reservas. Dos de los métodos más utilizados actualmente son:  gestión de colas

 gestión de un calendario

 seguimiento de los progresos de los usuarios  logs y de los resultados de sus experimentos

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Laboratorios Remotos (Desventajas)

 Es importante diseñar e implementar de manera

correcta los experimentos que va a hacer el estudiante. Al manejar instrumentos reales, cualquier operación inadecuada podría dañar el instrumento o instrumentos  Aún con la mejora en las conexiones de red, es

importante definir bien los formatos de video y audio. Evitando retrasos o perdidas de audio y video no

deseadas

(31)

Laboratorios Remotos (Ejemplos)

 WebLab-PLD. Es utilizado en la asignatura de lógica programable de la Universidad de Deusto

(32)

 _{Laboratorio es obtener las curvas características de: Diodo en}

polarización directa, Diodo Zener (Universidad de Rosario, Argentina)

(33)

 VISIR (Virtual Instruments Systems in Reality)

(34)

Laboratorios Remotos (Ejemplos)-VISIR

 El proyecto VISIR fue creado a finales del 2006 por el

Departamento de Procesamiento de señales (ASB) en el Instituto de Tecnología de Blekinge (BTH) en Suecia, junto con “National Instruments” (NI) en Estados Unidos (como proveedor de instrumentos) y Axiom EduTECH en Suecia (como proveedor de Servicios de Ingeniería y educación y software técnico).

 _{Fue financiado por BTH y la Agencia Gubernamental Sueca}

de Sistemas de Innovación (VINNOVA).

 VISIR fue instalado en 6 universidades mas; 2 en Austria, 1

en Portugal, 1 en India, y 2 en España (Deusto y la UNED).

 La UNED lo adquirió en Junio del 2010 y lo instaló en

Diciembre con la ayuda de BTH por correo electrónico.

(35)

Laboratorios Remotos (Ejemplos)-VISIR  Laboratorios tradicionales de ingeniería

 Plataforma PXI

SITUACIÓN ACTUAL (LABORATORIOS)

=

(36)

Laboratorios Remotos (Ejemplos)-VISIR  _{Plataforma PXI}

(37)

Laboratorios Remotos (Ejemplos)-VISIR  Matriz de Conmutación

(38)

(39)

(40)

(41)

Laboratorios Remotos (Ejemplos)  Planta hidráulica del DIEEC (UNED)

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ÍNDICE

 Introducción

 Laboratorios SW  Laboratorios Web

 Laboratorios Remotos

 Proyecto iLab (MIT)

 Arquitectura Propuesta  Trabajos Realizados  Trabajos Futuros

(43)

SITUACIÓN ACTUAL (PROBLEMÁTICA)

LMS y Laboratorios Virtuales

 Cada solución implementa sus propios servicios de:

 Autenticación  Autorización

 Comunicación (chats, e-mail, foros, etc.)  Herramientas de Evaluación

NO existe reutilización de Servicios

 Los LMS utilizan estándares e-learning. Los

Laboratorios NO. Por tanto, en los laboratorios:  No existe reutilización de contenidos

 Reutilización de procesos de aprendizaje  Reutilización de preguntas y evaluaciones

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LMS Laboratorio Autenticación

Base de Datos _Logs

Grupos y Gestión de Perfiles Seguridad Herramientas de Evaluación (IMS-QTI…) Herramientas de Grupo Contenidos (SCORM, IMS…) Interfaz de Usuario Servicio de reservas Gestión de Logs de Experimentos Autenticación Grupos y Gestión de Perfiles Contenidos (No SCORM…) Herramientas de Comunicación Herramientas de Comunicación Herramientas de Evaluación

(45)

ÍNDICE



Introducción



Situación Actual



Proyecto iLab (MIT)



Arquitectura Propuesta



Trabajos Realizados



Trabajos Futuros

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PROYECTO iLAB (MIT)

 _{Cada institución desarrolla su propios laboratorios. Por tanto:}

 Existen dificultades para compartir laboratorios

 Usuarios de diversas instituciones puedan usar laboratorios de

otra

 No existía una Arquitectura para de comunicación para

compartir laboratorios

 El Instituto tecnológico de Massachusetts (MIT) junto con

Microsoft y Agilent Technologies inició el proyecto iLab en el año 2000 con el objetivo de establecer un marco de trabajo que facilitará el desarrollo, gestión y compartición de

laboratorios remotos online (“iLabs”)

 Tipos de Experimentos

 Batch o por lotes  Interactivos

(47)

PROYECTO iLAB (EXPERIMENTOS)

Experimentos Batch o por Lotes. El estudiante, antes que empiece el experimento, especifica todos los parámetros que gobiernan la ejecución

 Se asemeja a la arquitectura de negocio web basada

(48)

Arquitectura básica de iLab

 El cliente del laboratorio. Que no es más que la

interfaz de usuario para el laboratorio online o iLab

 El servidor del laboratorio conecta con el hardware

del laboratorio y gestiona el experimento enviado por el usuario.

 El servicio Broker. es responsable de proporcionar las

funcionalidades comunes para todos los laboratorios online, como:

 Autenticación  Autorización

 Almacenamiento de experimentos

(49)

En un experimento interactivo el estudiante configura una serie de parámetros, inicia el experimento y luego monitoriza su desarrollo, pudiendo cambiar los parámetros de control si es necesario

 Es necesario que el estudiante y el servidor de

laboratorio puedan enviar y recibir datos directamente

(50)

Elementos de la arquitectura interactiva

 Servicio de almacenamiento de experimentos (no en

servicio Broker)

 Servicio de planificación (Reservas)

 El servicio Broker es responsable de la autenticación

del usuario y el uso autorizado de los recursos del servidor del laboratorio

 iLab Permite la reutilización y compartición de

laboratorios entre instituciones

 Continúan creándose servicios ya existente en los

LMS

 No se utilizan estándares e-learning

(51)

Servidor de laboratorio

Servicio Broker

Servicio de planificación del lado del laboratorio

Lado del laboratorio

Servicio Broker

Servicio de planificación del lado del cliente

Servicio de almacenamiento de experimentos Cliente de laboratorio 1

Cliente de laboratorio N

Lado del Cliente

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GOLC

Global Online Laboratory Consortium

 Consorcio para promover la compartición y desarrollo

de la boratorios remotos para la educación

 Participantes:

 Massachusetts Institute of Technology, (Estados Unidos)  University of Queensland, (Australia)

 University of Technology, Sydney, (Australia)

 Carinthia University of Applied Sciences, (Austria)  Universidad de Stuttgart

 Universidad de Deusto, (España)

 Departamento de Ingeniería Electrica, Electrónica y de

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(54)

ÍNDICE

 Introducción

 Arquitectura Propuesta

 Capa Cliente

 Capa LMS

 Capa del servidor de laboratorio

 Capa de comunicaciones

 Trabajos Realizados  Trabajos Futuros

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ARQUITECTURA PROPUESTA

Crear una arquitectura que de una solución única y Permita

 Compartir y reutilizar laboratorios

 Reutilizar los servicios de los LMS

 Autenticación  Autorización

 Comunicaciones (Chats, foros, etc.)

 Utilizar de estándares e-learning

 Reutilizar contenidos  Reutilizar evaluaciones

(56)

ARQUITECTURA ACTUAL

LMS Laboratorio

Autenticación

Base de Datos _Logs

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ARQUITECTURA PROPUESTA

LMS Laboratorio

Autenticación

Base de Datos _Logs

Grupos y Gestión de Perfiles Seguridad Herramientas de Evaluación (IMS-QTI…) Herramientas de Grupo Contenidos (SCORM, IMS…) Interfaz de Usuario Servicio de reservas Gestión de Logs de Experimentos Autenticación básica Herramientas de Comunicación

(58)

Capas de la arquitectura

 Capa cliente

 Capa del LMS

 Capa de comunicación entre LMS y Laboratorio

 Capa laboratorio

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(60)

ÍNDICE

 Introducción

 Capa Cliente

 Capa LMS

(61)

CAPA CLIENTE

 El usuario  necesita un navegador web que

muestre las aplicaciones web con las que se va a trabajar. Dependiendo de la aplicación, el usuario deberá instalar algún plug-in en el navegador

Perfiles de usuario:

 Administrador del LMS

 Administrador del curso

(62)

ÍNDICE

 Introducción

 Capa Cliente

 Capa LMS

(63)

CAPA LMS

 El LMS es el encargado de atender las peticiones

de usuario y de mostrar el contenido de

(64)

CAPA LMS

 Los componentes de la arquitectura del LMS son:

 Gestor de Base de Datos. Contiene la información

(usuarios, cursos, evaluaciones, copias de seguridad de los cursos, etc.) que da soporte a las herramientas y servicios del LMS

 Los módulos o paquetes que representan la lógica de cada

uno de los servicios y herramientas del LMS. (Depende del LMS)

 Un servidor web, encargado de mostrar al usuario las

páginas Web necesarias para mostrar los contenidos y utilizar las herramientas y servicios ofrecidos por el LMS

 Para realizar estas modificaciones, es necesario

conocer la arquitectura y programación del LMS

 Nos centramos en los LMS de código abierto, como:

(65)

ÍNDICE

 Introducción

 Capa Cliente

 Capa LMS

(66)

CAPA SERVIDOR DEL LABORATORIO

 Conecta con el hardware del laboratorio y

gestiona la ejecución del experimento enviado por el usuario. Deberá contener los servicios web

para comunicarse con el LMS

 En el caso del servicio broker del MIT, este

también deberá contener los servicios necesarios para que el LMS pueda comunicarse con él

(67)

ÍNDICE

 Introducción

 Capa Cliente

 Capa LMS

(68)

CAPA DE COMUNICACIONES

 Es necesario intercambiar información entre el LMS y

el servidor de laboratorios. A través de Internet

 Actualmente una de las soluciones más importantes es la

utilización de servicios Web. Que proporcionan

 Interoperabilidad entre aplicaciones independientemente del

lenguaje utilizado o de la plataforma en que se ejecutan

 Utilizan estándares como XML, SOAP, WDSL o UDDI

 Los servicios web se apoyan en el protocolo HTTP y por tanto

pueden acceder a otros sistemas de otras organizaciones sin quedarse “atrapados” en los filtros de seguridad de los firewalls

(69)

 ESB permiten comunicar gran variedad de sistemas y

arquitecturas heterogéneas

 Además de las características ofrecidas por SOA , los ESB:

 Transformación de datos  entenderse, aún cuando los tipos de

datos son diferentes para cada uno

 Enrutamiento. Enviar la petición al servicio correcto o a la

máquina que en ese momento está menos ocupada

 Manejo de versiones. Para resolver de forma automática

posibles cambios en los servicios publicados en el ESB

 Seguridad. Establecer mecanismos de seguridad para las

peticiones y respuestas

 Monitorización del flujo de información que viaja por el ESB

(70)

 Aplicación a LMS y Laboratorios

 LMS están empezando a soportar SOAP y REST

 Servidores de laboratorios con diferentes arquitecturas

 Permite la coreografía de servicios. Imaginemos que un

experimento pudiera trabajar con dos o más tipos de laboratorios

 Permite incluir control de versiones y monitorización

 Los ESB de diferentes universidades u organizaciones

ofrecen una pasarela externa para comunicarse entre ellos

(71)

ÍNDICE



Introducción



Situación Actual



Proyecto iLab (MIT)



Arquitectura Propuesta



Trabajos Realizados

 Desarrollos realizados y utilización



Trabajos Futuros



Conclusión

(72)

TRABAJOS REALIZADOS

 Primer paso es crear un servicio o herramienta

dentro de los LMS de tal forma que sea posible gestionar laboratorios dentro del LMS.

Actualmente:

 Creado un paquete dotLRN

 Creado un módulo en Moodle V1

 Insertar laboratorios en WebCT

(73)

TRABAJOS REALIZADOS (dotLRN)

 Paquete dotLRN

Sistemas operativos (Windows, Solaris, Linux,BSD) Base de datos (PostgreSQL, Oracle)

AOLserver (TCL) Servicios de la plataforma Desarrollo de software (gestión de paquetes , plantillas , etc.) Orientación a Objetos Seguridad (Permisos OpenACS , restricciones de página , etc)

Servicios de Aplicaciones

(Repositorio de contenidos , Servicios Web, etc.)

Modulo de Aplicaciones

Standards (IMS, SCORM)

Administración de Cursos (Calendario , Evaluación, Seguimiento

de usuarios )

Contenidos

(gestión de contenidos , Área de almacenamiento , etc.) Collaboration

(forums, chats)

Otros (e-commerce)

(74)

 Creación del paquete

1. Crear un paquete vacio 2. Base de datos postgreSQL

(75)

1. Configuración del portal del grupo laboratorio. En

este paso de deben definir las páginas y

herramientas que van a formar parte de dicho portal

2. Procedimientos que se lanzan en la instalación,

instanciación actualización y montaje del paquete

3. Modificación de archivos ya existente y de portlets

de grupo

(76)

 Cómo resultado de modificar los archivos

(77)

(78)

(79)

Profesor del Curso

(80)

Alumno del Curso

(81)

Alumno del Curso

(82)

 Integración con aLF

 aLF es el LMS oficial de enseñanza que utiliza la UNED

para impartir sus cursos virtuales a través de Internet (EEES, Doctorado, Formación continua y Educación permanente, y algunos de los cursos de las antiguas licenciaturas y diplomaturas). Ademas de ofrecer

comunidades virtuales para facultades, departamentos y grupos de investigación, un espacio de trabajo

colaborativo.

 Es una personalización que se ha desarrollado desde la

propia universidad, con servicios, implementaciones y extensiones propias, cuyo núcleo es OpenACS/dotLRN.

(83)

(84)

 Modulo de Acrividad Moodle (Mysql, Apache, php)

 Crear la lógica del módulo

 El módulo de actividad creado para laboratorios

permite:

 crear, modificar y borrar instancias de ellos dentro de

los cursos de dotLRN

 Para realizar estas operaciones es necesario que

antes el administrador de Moodle incluya toda la información de los laboratorios disponibles en el LMS

Modificado el bloque de Administración de Moodle

(85)

Administrador

(86)

Profesor del curso

(87)

Alumno del curso

(88)

Alumno del curso

(89)

 WebCT

 Los profesores deben crear la categoría laboratorio y sus

páginas web de acceso al laboratorio para cada curso

 En el caso de que se necesite autenticación (los datos de

esta, deben estar en las páginas de programación)

 En muchas ocasiones las instituciones no dejan que

cualquier persona que no sea un programador pueda

incluir páginas con programación. Problemas de seguridad

 No se crea una base de datos para almacenar laboratorios y

experimentos. En el momento que cambié algún dato como la URL. Todas las páginas que contengan ese laboratorio deben modificarse una a una

(90)

Profesor del Curso

(91)

Profesor del Curso y Alumno

(92)

Alumno del Curso

(93)

(94)

ÍNDICE



Introducción



Situación Actual



Proyecto iLab (MIT)



Arquitectura Propuesta



Trabajos Realizados



Trabajos Futuros

(95)

TRABAJOS FUTUROS

 Creación de módulos de otros LMS de código

abierto

 aLF y Utilización de Laboratorios

 Desarrollo de la arquitectura de comunicación

LMS y laboratorios

 Global Online Laboratory Consortium

 Sloodle y el módulo de gestión de laboratorios

 Creación e implantación de nuevos laboratorios

en el DIEEC

 Creación e implantación de nuevos laboratorios

(96)

ÍNDICE



Introducción



Situación Actual



Proyecto iLab (MIT)



Arquitectura Propuesta



Trabajos Realizados



Trabajos Futuros

(97)

CONCLUSIONES

 Reutilización de Servicios de LMS

 Reutilización de estándares e-learning

 Propuesta una arquitectura global para la unión

de LMS y Laboratorios

 Buscar nuevas vías de estándares para:

• Búsqueda de laboratorios

• Utilización de laboratorios desde distintas

(98)

CONCLUSIONES

LMS Laboratorio Autenticación

Base de Datos _Logs Grupos y Gestión de Perfiles Seguridad Herramientas de Evaluación (IMS-QTI…) Herramientas de Grupo Contenidos (SCORM, IMS…) Interfaz de Usuario Servicio de reservas Gestión de Logs de Experimentos Autenticación básica Herramientas de Comunicación LMS Laboratorio Autenticación

Base de Datos _Logs

(99)

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Manuel Castro

Gabriel Díaz / Elio San Cristóbal / Alberto Pesquera / Mohamed Tawfik Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Control

(UNED)