Sistema de Enseñanza Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras

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(3) “La educación es la clave del futuro, la clave del destino del hombre y de su posibilidad de actuar en un mundo mejor”. Robert F. Kennedy.

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(5) A mi madre, por sustentarme siempre. A mi sobrino, por habernos cambiado la vida..

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(7) “Agradece a la llama su luz, pero no olvides el pie del candil que, constante y paciente, la sostiene en la sombra”.. Quiero agradecer a: Maikel, tutor, amigo y hermano, por soportarme y entenderme. Milagros Jo, mi tutora, por ayudarme cada vez que me hizo falta. Mi madre, sin ella no hubiese llegado hasta aquí. Mi hermana y a Yosvel mi cuñado. Mi prima Ailin, que es como mi hermana; a mis tías Conchita y Elita. Mis abuelos Cuchi, Rodolfo y Mérida; a mi madrina Nélida, a María y a Fily, que ya no se encuentra entre nosotros. Alberto, mi padre suplente. Lester, Hamry y Yicel, mis amigos y equipo de proyecto. Mis compañeros y amigos de aula, especialmente a Yeny, Liliana, Araya, Javier, Yanlier, Marcel, Danaiky y Pelusa.. Muchas gracias, Orlando..

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(9) Resumen. RESUMEN. Debido a la necesidad de colocar al alumno como centro del aprendizaje en correspondencia con las exigencias del plan de estudio D, la asignatura Diseño Geométrico de Carreteras de la carrera de Ingeniería Civil prepara las condiciones en cuanto a tecnología educativa, para que el alumno cuente con el sistema de medios de enseñanza-aprendizaje idóneo para realizar el trabajo independiente y para evaluar su autoaprendizaje. A través de la creación de las guías de estudio, ejercicios resueltos, y propuestos se facilita la autoevaluación, cohevaluación y heteroevaluación de los resultados del trabajo independiente. Existen diversos software para la gestión de procesos educativos, entre ellos se encuentran versiones de SEPAD, Moodle, y otros tantos que ofrecen la oportunidad de automatizar los procesos de enseñanza-aprendizaje, sin embargo no ofrecen la posibilidad de personalizar el trabajo independiente según las características cognitivas y afectivas-motivacionales de los alumnos, es por ello que se han analizan otras variantes. HESEI es una herramienta para elaborar Sistemas de Enseñanza-Aprendizaje Inteligentes que se adapten a las características de los estudiantes a través del uso de técnicas de Inteligencia Artificial. Para utilizar al propio alumno en la valoración de sus resultados y reflexionar sobre lo aprendido, ejercicios con un enfoque educativo se han utilizado en la elaboración de un Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras..

(10) Resumen.

(11) Abstract. ABSTRACT. Due to the necessity of collocate the student as center of the learning as the plan D demands, the subject Geometric Design of Roads of Civil Engineer prepares the conditions, technological speaking, with the objective to give to the students a satisfactory learning environment for their individual studying process and for their own evaluation. Through the creation of study guides, solved exercises, and proposed, there is a facilitation of the evaluation of the independent work. There are some software to assess the educational process, such as SEPAD, Moodle, and others that offer the opportunity of automate the teaching-learning process, nevertheless they do not offer the possibility of adapt the individual study taking into account the cognitive and affective characteristics of students, that‘s way we analyzed other variants. HESEI is a tool to elaborate Intelligent Teaching-Learning Systems who can make an adaptation to the student characteristics using Artificial Intelligence techniques. To use the students to assess his results and to think about what they had learned, exercises with an educational approach had been used in the elaboration of an Intelligent Teaching-Learning System about Geometric Design of Roads..

(12) Abstract.

(13) Tabla de Contenidos. TABLA DE CONTENIDOS INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1. LA INFORMÁTICA EDUCATIVA: SU APLICACIÓN EN LA INGENIERÍA CIVIL ............................................................................... 6 1.1 Evolución de la Enseñanza Asistida por Computadoras ......................................... 6 1.2 La Inteligencia Artificial en la Enseñanza Asistida por Computadoras ................ 13 1.3 Algunas consideraciones sobre el uso de las TIC en la enseñanza de la Ingeniería Civil ....................................................................................................................... 17 1.4 El aprendizaje y el trabajo independiente apoyados a través del uso de las TIC .. 20 1.5 Aspectos fundamentales sobre la asignatura Diseño Geométrico de Carreteras ... 25 1.6 Conclusiones parciales........................................................................................... 27 CAPÍTULO 2. NECESIDAD, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE INTELIGENTE SOBRE DESEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS..................................................... 28 2.1 Análisis de necesidades para el uso de la herramienta HESEI .............................. 28 2.2 Generalidades de HESEI ....................................................................................... 30 2.3 Diseño del Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras ...................................................................................... 33 2.4 Implementación del Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras realizada por el usuario profesor ................................. 35 2.5 Ejecución del Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras realizada por el usuario estudiante .............................. 48 2.6 Conclusiones parciales........................................................................................... 52 CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE USABILIDAD, CALIDAD, VALIDACIÓN Y VERIFICACIÓN .................................................................................... 53 3.1 Análisis de usabilidad ............................................................................................ 53 3.2 Análisis de calidad ................................................................................................. 56 3.3 Análisis de validación de la interfaz del usuario profesor ..................................... 59 3.4 Análisis de validación de la interfaz del usuario estudiante .................................. 67 3.5 Análisis de verificación a través de especialistas en los temas abordados ............ 73 3.6 Conclusiones parciales........................................................................................... 74 CONCLUSIONES ........................................................................................................... 75 RECOMENDACIONES.................................................................................................. 76 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 77.

(14) Tabla de Contenidos.

(15) Introducción. INTRODUCCIÓN Actualmente se vive en la era de la revolución de las comunicaciones y la información, en las que las nuevas tecnologías y las que están en desarrollo influyen profundamente en la sociedad. Estas nuevas tecnologías están produciendo cambios de gran importancia en todas las esferas de la vida, de aquí que la escuela no pueda estar ajena a estos cambios, debido a que los mismos también influyen en las formas de enseñar y aprender (SHARP, 2007).. Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) ofrecen la posibilidad de elevar la eficiencia del proceso de enseñanza-aprendizaje y la calidad de este, haciendo del mismo una experiencia más activa, además permiten abordar los problemas educativos desde puntos de vista que anteriormente no se habían tenido en cuenta (SHNEIDERMAN, 2006).. La asignatura Diseño Geométrico de Carreteras (DGC) de la carrera de Ingeniería Civil se prepara tecnológicamente para que el alumno cuente con el sistema de medios de enseñanza para realizar el trabajo independiente y para evaluar su auto aprendizaje. De este modo podrían aparecer tareas personalizadas en correspondencia a su estilo de aprendizaje. Es necesario un trabajo metodológico en la creación de las guías de estudio, ejercicios resueltos, propuestos y para autoevaluar, cohevaluar y heteroevaluar los resultados del trabajo independiente de los alumnos.. En la literatura científica se reportan diversos software para la gestión de procesos educativos (LEÓN, 2007a), es posible encontrar gran cantidad de referencias a versiones de SEPAD, Moodle, y otros que ofrecen la oportunidad de automatizar procesos de enseñanza-aprendizaje, sin embargo estos no ofrecen la posibilidad de personalizar el estudio independiente según las características cognitivas y afectivas-motivacionales de los alumnos, por lo que existió la necesidad de realizar un nuevo análisis para encontrar otras variantes emergentes.. 1.

(16) Introducción. En el Centro de Estudios de Informática (CEI) de la Facultad de Matemática Física y Computación en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV) se encuentra el Laboratorio de Investigación de “Informática Educativa” donde se desarrollan proyectos de investigación que utilizan las TIC para lograr mejores resultados en el proceso de enseñanza-aprendizaje. En este lugar se implementó una herramienta. computacional. para. elaborar Sistemas. de. Enseñanza-Aprendizaje. Inteligentes (SEAI), denominada HESEI, la cual utiliza técnicas de Inteligencia Artificial (IA) y Mapas Conceptuales, con el objetivo de adaptar con mayor precisión el SEAI a las características de los estudiantes (LEÓN, 2007b).. Los software educativos que se crean con HESEI se denominan SEAI donde el término “Inteligente” está dado por la capacidad de adaptación a las características cognitivas y afectivas-motivacionales de los estudiantes y su implementación se logra haciendo uso del paradigma del Razonamiento Basado en Casos. Esta técnica de la IA intenta llegar a la solución de nuevos problemas de forma similar a como lo hacen los seres humanos, cuando un individuo enfrenta un nuevo problema comienza por buscar en su memoria experiencias anteriores similar al actual y a partir de ese momento establece semejanzas y diferencias y combina las soluciones dadas con anterioridad para obtener una nueva solución (BELLO, 1996).. Se han conformado ejercicios para desarrollar un SEAI, los cuales tienen un enfoque educativo utilizando al alumno para autovalorar y reflexionar acerca de sus resultados logrados y sobre lo aprendido. Los ejercicios creados deben resultar claros en cuanto al contenido y con una correcta orientación hacia el objetivo que se desea evaluar, es por ello que este trabajo está estrechamente influenciado por los estudiantes que ya recibieron el contenido que en ellos se trata, propiciándose la retroalimentación, la cual es de vital importancia en la calidad del sistema final.. 2.

(17) Introducción. Al emprender tareas que permiten perfeccionar el proceso de enseñanza-aprendizaje de la asignatura DGC, partiendo del uso de las TIC conlleva a plantear el siguiente problema científico: •. ¿Cómo es posible mediante el empleo y uso efectivo de las TIC específicamente en el campo del Diseño Geométrico de Carreteras en la especialidad de Ingeniería Civil, materializar y desarrollar un Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente satisfactorio que permita un mayor aprovechamiento del trabajo independiente y la evaluación del mismo?. Para dar respuesta al anteriormente planteado problema científico, esta investigación posee el siguiente objetivo general: •. Desarrollar un Sistema de Enseñaza-Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras a aplicar en el plan D con el cual los estudiantes puedan interactuar en la realización del trabajo independiente para lograr un mayor desarrollo de sus habilidades cognitivas y por ende de su auto aprendizaje.. Lo anteriormente expuesto trae como resultado los siguientes objetivos específicos: •. Diseñar y estructurar el sistema que se propone en tópicos, ejercicios y materiales educativos.. •. Implementar el sistema computacionalmente.. •. Validar la usabilidad del sistema.. Para poder cumplimentar los objetivos trazados en este proceso investigativo se plantearon las siguientes tareas científicas: •. Análisis del estado actual del uso de las TIC. Su impacto en el proceso de enseñanza y aprendizaje. Particularidades en la carrera de Ingeniería Civil y el Diseño Geométrico de Carreteras.. •. Diseño y estructuración del sistema propuesto en cuanto a tópicos, preguntas y materiales educativos.. •. Implementación computacional del sistema.. 3.

(18) Introducción. •. Evaluación de las ventajas que ofrece para los estudiantes en el autoestudio.. •. Validación del sistema computacional.. Después de haberse analizado los antecedentes y justificación de la investigación así como su objetivo, se formulan las siguientes preguntas de investigación: •. ¿Cómo estructurar un Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras de tal forma que los contenidos a tratar sean asimilados de la mejor forma posible por los estudiantes?. •. ¿Resultará asequible la implementación del Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente a través de la herramienta computacional seleccionada en esta investigación de tal forma que profesores no necesariamente especialistas en computación comprendan el uso de la misma?. •. ¿Será posible que los estudiantes durante su trabajo independiente logren comprender las facilidades computacionales que ofrece el Sistema de EnseñanzaAprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras?. La novedad o valor científico de este trabajo está dado en: •. Propuesta o creación de un Sistema de Enseñaza-Aprendizaje Inteligente aplicado al Diseño Geométrico de Carreteras con el cual los estudiantes puedan interactuar durante su autoestudio para un mejor aprovechamiento de su uso durante el proceso de enseñanza-aprendizaje.. El aporte o valor metodológico del trabajo está dado en: •. Sistematización teórica sobre los software existente en la temática y su aplicación al proceso de enseñanza-aprendizaje en la carrera de Ingeniería Civil y enriquecimiento de los conceptos de equipo de trabajo para el diseño de software educativo y las características que deben poseer estos software.. 4.

(19) Introducción. El aporte o valor práctico ingenieril está dado en: •. Aplicación de un nuevo software, que hace uso de técnicas de Inteligencia Artificial para conformar un Sistema de Enseñaza-Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras.. •. Validación del sistema en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la asignatura Diseño Geométrico de Carreteras.. El trabajo está estructurado en tres capítulos: •. En el Capítulo 1 se aborda el tema de la Enseñanza Asistida por Computadoras y la aplicación de la Inteligencia Artificial a la Informática Educativa. Se hace referencia a antecedentes en la carrera de Ingeniería Civil y la repercusión del trabajo independiente en la asignatura Diseño Geométrico de Carreteras.. •. En el Capítulo 2 se realiza un análisis de necesidades para el uso de la herramienta HESEI, se muestra un resumen con las bondades de esta herramienta, se realiza la elaboración de un Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente para la asignatura Diseño Geométrico de Carreteras por parte del usuario profesor, así como la ejecución del sistema ante un usuario estudiante.. •. En el Capítulo 3 se hace un análisis de usabilidad del sistema elaborado, se mide su calidad, así como una validación de la Interfaz de usuario del sistema desarrollado de forma tal que se pueda asegurar su valor práctico; se tiene en cuenta que, profesores no necesariamente especialistas en computación, interactuarán con la herramienta. Se verifica el uso de los contenidos abordados a través de la opinión de especialistas en las temáticas abordadas.. 5.

(20) Introducción.

(21) Capítulo 1. CAPÍTULO 1. LA INFORMÁTICA EDUCATIVA: SU APLICACIÓN EN LA INGENIERÍA CIVIL En el Capítulo 1 se trata la temática de la Enseñanza Asistida por Computadoras y se abordan las diferentes clasificaciones de los software educativos según varios criterios especializados. Se abordan los antecedentes del uso de las TIC en la enseñanza de la Ingeniería Civil. Se menciona la aplicación de la IA en la enseñanza, así como la importancia y repercusión del trabajo independiente en la asignatura Diseño Geométrico de Carreteras.. 1.1 Evolución de la Enseñanza Asistida por Computadoras. Desde el comienzo de la historia humana, el aprender ha sido una característica propia de cada individuo que ha contribuido a fundamentar las bases del desarrollo, ya que cuando se aprende se adquiere el conocimiento por medio del estudio, el ejercicio o la experiencia.. A medida que se ha ido evolucionando como civilización, varias personas se han dedicado al estudio del comportamiento humano, esto ha conllevado a la definición de diversos criterios con respecto al aprendizaje; conceptos, métodos, herramientas y técnicas. Así, con el decursar del tiempo, las exigencias de la vida moderna, dinámica, competitiva y llena de información han dirigido a la sociedad a buscar nuevos modelos, técnicas y sistemas que permitan adquirir esos conocimientos de una manera eficaz y eficiente.. En una sociedad impactada por la ciencia y la tecnología, todo ciudadano necesita de una cultura científico-tecnológica para entender, integrarse y actuar en el mundo que lo rodea. La incorporación de metodologías de enseñanza auxiliadas por computadora incrementa la eficiencia en la transmisión y adquisición del conocimiento, permitiendo. 6.

(22) Capítulo 1. la manipulación de grandes volúmenes de información, la homogenización del conocimiento, la disponibilidad, masificación y la permanente actualización del mismo.. Así, es muy importante interpretar adecuadamente la función que desempeña la computadora como herramienta para representar el conocimiento y su carácter de instrumento pedagógico.. En (Bello, 2002) se ofrecen diferentes dimensiones del uso de la computadora en la educación donde se incluye: •. La computadora como objeto de estudio: Aprender acerca de la computadora (educación acerca de la computación). −. Alfabetización computacional.. −. Programación de computadoras y la enseñanza de la solución de problemas.. − •. Formación de especialistas en Computación e Informática.. La computadora como herramienta de trabajo: Uso de las aplicaciones de la computadora para apoyar procesos educativos (educación complementada con la computadora).. •. La computadora como medio de enseñanza-aprendizaje: Ambientes de enseñanza-aprendizaje enriquecidos con la computación donde se utiliza la computadora para presentar lecciones completas a los alumnos: Enseñanza Asistida por Computadora (EAC).. La principal ventaja de la EAC es la interacción, puesto que permite, a través del diálogo instructivo, que el estudiante no asuma una actitud pasiva en el proceso de aprendizaje, logrando captar su atención y contribuyendo a elevar su memoria visual. Además, las explicaciones, preguntas, correcciones y la evaluación se hacen de modo inmediato, con lo que la efectividad pedagógica se acentúa, al individualizarse el trabajo y permitiendo a cada alumno trabajar a su propio ritmo (véase figura 1).. 7.

(23) Capítulo 1. Figura 1. Interacción alumno-máquina en el proceso de enseñanza-aprendizaje. En la actualidad, se hace cada vez mayor la tendencia a incorporar a la educación tecnologías como por ejemplo, multimedia, conexión en red (tanto locales como Internet), así como nuevas posibilidades de navegación a través de la información (hipertexto). Estas tecnologías hacen posible el desarrollo de software educativos cada vez más sofisticados que incorporen interfaces amigables, permitiendo distintos tipos de interacción con los usuarios. Las expectativas que crea la computadora como medio de enseñanza-aprendizaje se fundamenta tanto en las características técnicas que ofrece la máquina como en las potencialidades de desarrollo que abarca la Informática Educativa.. Una de las características de la computadora es que permite la interacción entre ella y el usuario, de allí que con este medio pueda ofrecerse algo mejor o diferente que con otros medios para promover ciertos aprendizajes. Una buena utilización del medio computacional en la educación depende, en gran medida, de lo interactivo que sea el material. A esta interacción que la computadora facilita a través de la interfaz usuariomáquina, se añade la capacidad de almacenamiento, procesamiento y transmisión de la información.. 8.

(24) Capítulo 1. El software educativo, por su parte, trata de complementar determinadas limitaciones de otros medios de enseñanza-aprendizaje. De ninguna manera, se debe pretender reemplazar con un software educativo la acción de algunos medios educativos cuya calidad, efectividad y valor práctico están bien demostrados (BERCHT, 2001).. Un software educativo es un conjunto de recursos informáticos diseñados con la intención de ser utilizados en el contexto enseñanza-aprendizaje. Ahora bien, el desarrollo de software educativos requiere de grupos multidisciplinarios donde intervengan al menos educadores y especialistas en computación. Estos programas abarcan finalidades muy diversas que pueden ir desde la exposición conceptual hasta el desarrollo de actividades que permitan la adquisición de habilidades básicas, o la resolución de problemas. Algunos autores suelen nombrarlos Software Instructivos, Programas Instructivos, Materiales Educativos Computarizados, entre otros.. A continuación se manejan diferentes enfoques para la clasificación de tipos de software educativos: 1.. Galvis en su obra “Ingeniería de software educativo”, presenta las clasificaciones. siguientes de acuerdo a (Galvis, 1994): •. •. Enfoque educativo: −. Algorítmico.. −. Heurístico.. Función educativa: −. Sistema tutorial.. −. Sistema de ejercitación y práctica o entrenadores.. −. Simulador.. −. Juego educativo.. −. Micromundo exploratorio.. −. Sistemas expertos.. −. Sistemas inteligentes de enseñanza-aprendizaje.. 9.

(25) Capítulo 1. 2.. Sevillano en su obra “Nuevas Tecnologías, Medios de Comunicación y. Educación” expone una clasificación de acuerdo al uso del software educativo (Sevillano, 1998): •. Uso instruccional:. •. −. Programas tutoriales.. −. Programas de ejercitación y práctica.. Uso demostrativo o conjetural:. •. −. Simulaciones.. −. Realidad virtual.. −. Los juegos realísticos o juegos de roles.. Uso con función de entretenimiento: −. •. Usos especiales: −. •. 3.. Se aprende jugando.. Para alumnos con deficiencias.. Uso emancipado: −. Laboratorios.. −. Telecomunicaciones.. −. Procesadores de textos.. −. Bases de datos.. −. Hojas de cálculo.. −. Paquetes estadísticos.. −. Diseño de gráficos.. El grupo de Informática Educativa de la Universidad Central “Marta Abreu” de. Las Villas comparte el criterio de clasificación de software educativos según (García, 2000): •. Función educativa: −. Sistema tutorial.. −. Sistema de ejercitación y práctica (entrenador).. 10.

(26) Capítulo 1. •. •. −. Simulaciones.. −. Juegos didácticos.. Forma de presentación: −. Multimedia.. −. Hipermedia.. −. Sitios web.. Uso o no de técnicas de IA: −. Sistemas convencionales.. −. Sistemas inteligentes.. Estas clasificaciones no son excluyentes, en un mismo software educativo las mismas pueden combinarse. A continuación se describen algunos tipos de software educativo para una mejor comprensión del tema: •. Sistema tutorial: Por lo general este tipo de sistema incluye cuatro fases del proceso de enseñanza-aprendizaje que son la introductoria, en la que se genera la motivación, se centra la atención y se favorece la percepción selectiva de lo que se desea que el alumno aprenda; la fase de orientación en la que se enseña la teoría del tema a tratar; la fase de aplicación, en la que hay evocación y transferencia de lo aprendido y la fase de retroalimentación en la que se demuestra lo aprendido y se ofrece retroinformación y refuerzo. Esto no significa que todos los tutoriales tengan que ser iguales.. •. Simulador y Juego educativo: Poseen la cualidad de apoyar aprendizaje de tipo experiencial y conjetural, como base para lograr aprendizaje por descubrimiento. La interacción con un micromundo, en forma semejante a la que se tendría en una situación real, es la fuente de conocimiento. En una simulación, aunque el micromundo suele ser una simplificación del mundo real, el alumno resuelve problemas, aprende procedimientos, llega a entender las características de los fenómenos y cómo controlarlos, o aprende qué acciones tomar en diferentes circunstancias. Las simulaciones intentan apoyar el aprendizaje simulando. 11.

(27) Capítulo 1. situaciones de la realidad. Por su parte los juegos pueden o no simular la realidad pero sí se caracterizan por proveer situaciones excitantes o entretenidas. Los juegos educativos buscan que dicho entretenimiento sirva de contexto al aprendizaje de alguna temática. •. Los entrenadores: Están primordialmente orientados al desarrollo de habilidades, pues no pretenden la dirección total del proceso de instrucción ni llevan a cabo la formación de conceptos nuevos. Sólo supervisan la actividad práctica del estudiante mediante el control de los errores durante la solución de los ejercicios, hacen recomendaciones y controlan la presentación dosificada de problemas y ejercicios.. Resulta necesario mencionar algunas herramientas computacionales que ofrecen servicios para la automatización de procesos educativos, tales como: ATutor, Dokeos, Moodle e ILIAS, uno de los más populares y usados en Cuba es Moodle 1 , que consiste en un sistema de gestión de cursos, de distribución libre, que ayuda a los educadores a crear comunidades de aprendizaje en línea.. La filosofía planteada de Moodle incluye una aproximación constructiva y constructivista social de la educación, enfatizando que los estudiantes (y no sólo los profesores) pueden contribuir a la experiencia educativa en muchas formas. Las características de Moodle reflejan esto en varios aspectos, como hacer posible que los estudiantes puedan comentar en entradas de bases de datos (o inclusive contribuir con entradas ellos mismos), o trabajar colaborativamente. Por su parte el Sistema de Enseñanza Personalizado A Distancia (SEPAD 2 ) es una plataforma desarrollada en la UCLV cuya aspiración principal es llevar la educación a todos. La plataforma cuenta con un aula virtual donde se acceden a los materiales didácticos, búsquedas, auto evaluaciones, calificaciones y los servicios de tutorías como 1 2. http://moodle.org http://sepad.fed.uclv.edu.cu. 12.

(28) Capítulo 1. son la mensajería interna, los foros de debates, el sistema de anuncios, las noticias y las salas de Chat temáticas.. Sin embargo este tipo de sistemas tradicionales no han incorporado técnicas de nueva generación, que permitan un tratamiento diferenciado de los estudiantes atendiendo a sus características y necesidades.. 1.2 La Inteligencia Artificial en la Enseñanza Asistida por Computadoras. La IA se ha desarrollado como una de las ramas de la Ciencia de la Computación (véase figura 2). El trabajo en la misma comenzó en la década de 1950 y dicho término fue usado a partir de 1956. “No hay una definición definitiva y única de la Inteligencia Artificial. G.F. y W.A. Stubblefield, en su libro Artificial Intelligence: structures and strategies for complex problem solving, la definen como la rama de la Ciencia de la Computación que se relaciona con la automatización del comportamiento inteligente” (Bello, 2002). Más que la existencia de una definición formal y acabada de qué se entiende por IA, lo importante es conocer que la misma está dotada de métodos para resolver problemas en los cuales el enfoque algorítmico tradicional de la computación no es suficiente. La IA es un campo del saber que ha experimentado un rápido desarrollo y se ha diversificado a partir de la década de 1990 (Zhang, 2003).. Entre las vertientes principales de desarrollo de la IA se encuentran los sistemas expertos y los SEAI. Normalmente las propuestas pedagógicas asumidas para lograr el aprendizaje se basan en distintas tareas que realiza el estudiante, entre las cuales se encuentran comprender, analizar, resolver problemas y evaluar aplicando los conocimientos adquiridos. Estos sistemas, usen o no técnicas de IA, son programas interactivos que tienen como objetivo facilitar el aprendizaje, adecuando su funcionamiento a las características del alumno. Esta adaptación puede consistir en la selección del contenido de sus presentaciones de acuerdo con las acciones previas del estudiante, su nivel de conocimiento, sus preferencias u otras características. Esta. 13.

(29) Capítulo 1. información es procesada y almacenada en el perfil del usuario durante la interacción con el sistema y posteriormente analizada para adaptar nuevamente la información a presentar.. Figura 2. Ciclo de desarrollo de la Inteligencia Artificial. Los SEAI enfocan una sesión de trabajo como un proceso de cooperación entre el sistema y el alumno, con el objetivo de propiciar el aprendizaje. El sistema debe analizar en cada momento el comportamiento del estudiante para caracterizar su actuación y decidir cuál es la estrategia más adecuada a aplicar; qué explicarle, con qué nivel de detalle, cuándo interrumpirle, cómo corregirle, de forma que culmine con éxito el proceso de aprendizaje. Un aspecto fundamental es que para decidir y aplicar dicha. 14.

(30) Capítulo 1. estrategia, es necesario conocer la materia que se imparte y comprender la forma en que se asimila (García, 1993).. En (Bello, 2002) se exponen las variantes metodológicas para los SEAI: •. Tutores inteligentes.. •. Entrenadores inteligentes.. •. Sistemas inteligentes basados en simulación.. •. Juegos inteligentes.. Los Sistemas Tutoriales Inteligentes (STI) fueron una de las primeras aplicaciones prácticas de las ciencias del conocimiento, resultando ser un éxito desde el punto de vista académico. Los STI plantean un problema y luego examinan la solución dada por el estudiante y los pasos intermedios si los hubiera. A través de un análisis de las respuestas del estudiante, los STI tratan de inferir lo que el estudiante sabe y no sabe, y en función de ello presentan explicaciones adecuadas y nuevos problemas (SHNEIDERMAN, 2006).. A grandes rasgos y sin entrar en sus particularidades resulta conveniente señalar que todo STI se ajusta a una arquitectura compuesta por: •. Modelo Pedagógico: Es el módulo capaz de pronosticar la evolución del alumno, toma las decisiones sobre cómo impartir el conocimiento, es decir, se especifica la forma de presentar el material o dosificación de la enseñanza-aprendizaje.. •. Modelo de Comunicación: También denominado interfaz, es el encargado de establecer la comunicación entre el estudiante y el sistema.. •. Conocimiento del Dominio: Módulo que recoge toda la información sobre la asignatura (temario, problemas, ejercicios, esquemas, exámenes, etc.), es donde se representa el contenido temático a enseñar.. •. Modelo Experto en el Dominio de Interés: Es capaz de comprender las respuestas del alumno hacia el sistema y verificar si son correctas o no.. 15.

(31) Capítulo 1. •. Modelo del Estudiante: Recoge datos históricos sobre los resultados y características del alumno. En este módulo se almacena toda la información posible que se dispone del alumno, se evalúa su estado de conocimiento y sus características.. El objetivo principal de un STI, es proporcionar ayuda en el proceso de enseñanzaaprendizaje y para que esto se pueda llevar a cabo de una manera efectiva y eficiente es necesario que este desempeñe algunas funciones importantes: •. Interactuar con el estudiante por medio de un diálogo de iniciativa mixta, donde tanto la computadora como el estudiante puedan iniciar preguntas y esperar respuestas razonables.. •. Indicar al estudiante las estrategias apropiadas para atacar un problema en particular y demostrarle las aplicaciones de estas estrategias en problemas concretos.. •. Responder al estudiante cualquier pregunta pertinente en términos comprensibles por este.. •. Decir al estudiante no sólo que él está errado, hay que indicarle también el método correcto de solución y hacer hipótesis basadas en la historia de sus errores, que es donde se encuentra la verdadera fuente de dificultades.. •. Ser capaz de resolver todos los problemas propuestos, si es posible de diferentes maneras.. •. Entender y criticar las soluciones encontradas por los estudiantes.. •. Crear un Modelo del Estudiante y modificarlo continuamente basándose en su desempeño y en reglas de enseñanza.. •. Tomar acciones que atiendan las deficiencias o los logros del estudiante al resolver problemas que se le presentan.. •. Ser capaz de combinar métodos algorítmicos y heurísticos.. 16.

(32) Capítulo 1. 1.3 Algunas consideraciones sobre el uso de las TIC en la enseñanza de la Ingeniería Civil. La disciplina Computación y su vinculación con las disciplinas de la especialidad de Ingeniería Civil ha transitado por más de 20 años de desarrollo y experiencias en la enseñanza de la misma, pasando por las etapas que se muestran a continuación en la tabla 1.1 (EXPÓSITO, 2004):. Etapa. Cursos. Características cualitativas de la etapa Impartición de la asignatura Introducción a la computación en el 2do Año de la carrera por profesores de servicio. Primera gran. I. 19761983. colectivización del empleo de la computación en la enseñanza. Comienzo de la creación de software aplicado en cimentaciones y otros (programa de diseño geotécnico). Aplicación discreta de algunos productos de software en proyectos, etc. (RETI-70). Superación del claustro. Se introducen las computadoras y segunda gran colectivización del empleo de la computación en la enseñanza y en la práctica profesional. Gran impulso a la creación de software aplicado a la. II. 1983-. especialidad e introducción en las asignaturas. Generalización a. 1986. otros departamentos. Se comienza a impartir la computación por profesores de Dpto. de Estructuras. Aplicación masiva de software en las asignaturas. Aparece el SIADES. Superación del claustro. Se introducen las computadoras IBM compatibles y con MSDOS. Necesidad del conocimiento y uso del MS-DOS. Se. III. implementa el curso introductorio de DOS. Heterogeneidad de la procedencia de los alumnos. Aparecen los “discos duros”. 1986-. Generalización de la aplicación de la computación. Aparece el. 17.

(33) Capítulo 1. 1992. Plan Director de Computación. Se comienza a impartir un lenguaje estructurado (TURBOPASCAL 5.5). Primeros pasos en la EAC. Al final de la etapa se comienza a implementar el plan C de estudios que presupone ya la impartición de dos asignaturas de computación más el PDC. Superación del claustro. Aparece el SO-WINDOWS. Diversificación, implementación e. 1992IV. Hasta la fecha…. introducción de las redes de computadoras para la enseñanza. Auge de la comunicación por E-mail e Internet. Laboratorio Virtual como una alternativa didáctico-metodológica ante la falta de recursos materiales, CD y MULTIMEDIA. WINDOWS’95, ´98, ´2000, XP, etc. Superación del claustro.. Tabla 1.1 Etapas de la disciplina Computación en la carrera Ingeniería Civil. Como se observa la aplicación de la computación a la enseñanza de la Ingeniería Civil en la UCLV se remonta a los inicios de la década de los 80 y tomó un gran impulso con el desarrollo de las computadoras personales, llegándose a establecer todo un Plan Director para la Aplicación de la Computación (PDC) a lo largo de los 5 años de la carrera. Con la implantación del Plan de Estudio C en la carrera de Ingeniería Civil a partir del curso 1990-1991 en Cuba, se tomó toda la experiencia acumulada en la utilización de la computación y se logró concebir un plan de estudio donde la aplicación de la computación esté estructurada desde el primero hasta el quinto año de la carrera, en cuatro etapas donde el estudiante debe vencer objetivos específicos y responsabilidades bien definidas en la formación de habilidades en la creación y sobre todo explotación del software de las disciplinas y asignaturas de la carrera. De forma general los objetivos a alcanzar con la aplicación de la computación en la enseñanza de la Ingeniería Civil son: •. Creación de hábitos en el diseño automatizado, realizando una valoración de los resultados obtenidos, a través del uso de los sistemas existentes.. •. Ser capaces de aplicar, evaluar y desarrollar algoritmos y programas para la solución de diferentes específicos de la carrera.. 18.

(34) Capítulo 1. •. Utilizar los sistemas profesionales y demás productos de software de aplicación general en el trabajo práctico.. Para el cumplimiento de estos objetivos se definieron cuatro fases en la aplicación de la computación, que permitían ir dosificando la complejidad de la utilización de estas técnicas a lo largo de la carrera, de forma tal que los estudiantes lograran consolidar los conocimientos y habilidades en su explotación y por otro lado que las mismas jugaran un papel importante en la profundización y consolidación de los conocimientos y habilidades de las distintas disciplinas de la carrera: •. 1o Etapa: Desarrollo de habilidades en la utilización del sistema operativo WINDOWS y en el ambiente de trabajo de los software de uso general como el editor de texto, editor gráfico y tabulador electrónico.. •. 2o Etapa: Desarrollo de habilidades algorítmicas y de programación en lenguaje estructurado. Elaboración de programas para resolver problemas profesionales.. •. 3o Etapa: Desarrollo de habilidades en la utilización de programas de la especialidad para consolidar los conocimientos teóricos estudiados y para la realización de análisis comparativos de soluciones de problemas profesionales.. •. 4o Etapa: Desarrollo de habilidades en la utilización de sistemas de programas profesionales, realizando diseños totalmente automatizado de proyectos.. A partir de la visión y misión de la UCLV y la Facultad de Construcciones, se establecen en el centro las metas principales que es necesario alcanzar en la esfera de la informatización y las direcciones fundamentales de trabajo, siendo estas: •. La docencia de pregrado y el postgrado académico.. •. La proyección de la Red Universitaria y la automatización de la gestión.. •. El desarrollo de la computación como fuerza productiva, fuente de conocimientos y de financiamiento.. Posteriormente se elaboró el Plan de Trabajo y la Proyección de Equipamiento de los grupos del Programa Director de Computación de la UCLV, donde se dictaminaron las. 19.

(35) Capítulo 1. acciones fundamentales y los plazos en que estas deberían llevarse a cabo para dar cumplimiento a los objetivos establecidos.. Como se ha mostrado anteriormente la experiencia adquirida por la Facultad de Construcciones en el trabajo metodológico relacionado con la utilización de la computación en la docencia de la especialidad de Ingeniería Civil ha permitido confeccionar un plan director para la utilización de las técnicas de computación a lo largo de los cinco años de la carrera de forma racional y dosificando la complejidad de su uso a medida que se avanza en los distintos años.. Lo anterior ha permitido incrementar de forma sustancial el uso de la computación por parte de los estudiantes y además ha propiciado una mayor motivación de los mismos por esta actividad al estar la misma desde el propio inicio de su impartición relacionada con problemas de la especialidad. De igual forma el graduado se incorpora a la producción con el conocimiento mínimo necesario en la explotación del software especializado de mayor uso y cuenta también con las habilidades mínimas para participar en la programación y solución de forma automatizada de distintos problemas profesionales.. Por último es necesario señalar que no se considera que el trabajo realizado en estos momentos sea totalmente acabado y que el mismo deba continuarse enriqueciendo a medida en que se perfeccionen las técnicas de computación.. 1.4 El aprendizaje y el trabajo independiente apoyados a través del uso de las TIC. Se puede plantear que la evaluación es un proceso que permite la recogida y el análisis de información relevante para apoyar juicios de valor sobre el objeto evaluado. Estos se utilizarán para reconducir, si fuera necesario, las situaciones que puedan mejorarse y para una posterior toma de decisiones sobre calificación y certificación. De igual forma ocurre con la evaluación del aprendizaje cuando este se ha realizado básicamente a. 20.

(36) Capítulo 1. través del uso de medios de cómputo, teniendo siempre presente aprovechar las posibilidades que ofrecen las nuevas tecnologías para elaborar un producto de calidad, que sea verdaderamente interactivo con el estudiante y de solución, entre otras, a la parte no presencial del profesor.. La evaluación del aprendizaje como parte del sistema educacional también se ve beneficiado con las TIC, siendo una herramienta más que viene utilizándose para la evaluación del aprendizaje, mediante un software para diseñar pruebas cerradas con posibilidad de autocorrección.. Las principales ventajas que ofrecen este tipo de métodos son (LAVIÉ, 2000): •. Ahorra tiempo en su desarrollo y distribución.. •. Reduce el tiempo de respuesta, aumentando el efecto positivo de la retroalimentación.. •. Reduce los recursos humanos y materiales necesarios.. •. Permite el almacenamiento de los resultados y su posterior tratamiento.. •. Flexibiliza el momento en el que el alumno ha de realizar la evaluación.. La evaluación frecuente y periódica proporciona un refuerzo de los conceptos y aumenta la motivación. Los formadores, por su parte, pueden diseñar revisiones para cada módulo sin preocuparse de tener que encontrar el tiempo y los recursos para analizar los resultados, la mayoría de estos instrumentos ofrecen informes automáticos. Los estudiantes pueden acceder a estas evaluaciones en cualquier momento.. Algunos autores tratan con cautela la introducción de las tecnologías en la educación, específicamente en la evaluación como uno de sus subsistemas, es el caso de (LAVIÉ, 2000) quien cita al autor Romiszowski que piensa que “una tendencia hacia la interactividad de nivel superficial, en función de la cual los estudiantes disponen del control para navegar a través de amplias cantidades de información. (…) aunque esto puede parecer un medio capacitador, al menos que al estudiante se le de unos objetivos. 21.

(37) Capítulo 1. de aprendizaje específicos, no tendrá criterios claros para elegir a qué contenidos acceder”. También McCormack y Jones ha analizado inconvenientes, según su análisis, que tienen estos instrumentos: •. Puede fomentar que los estudiantes se acostumbren al método de señalar y pulsar, generando cierta dificultad en pruebas que demanden una mayor profundidad en las respuestas.. •. Puede percibirse como un método impersonal, propiciando en los estudiantes un sentimiento de anonimato y aislamiento al verse enfrentados solos ante una máquina.. •. Someter a los estudiantes a un continuo uso de estos tests puede provocar que estos pierdan su valor como instrumentos de evaluación.. •. La posibilidad de consultar el material antes de ofrecer las respuestas y la tendencia. a. introducir. cuestiones. sencillas. para. proporcionar. una. retroalimentación positiva pueden fomentar un falso sentido de confianza entre los estudiantes. •. La dificultad de introducir cuestiones de alto nivel en este tipo de pruebas puede generar un aprendizaje memorístico y la sensación de que lo único que se requiere es la memorización del material.. •. La naturaleza de las respuestas puede ser restrictiva.. Un análisis importante de posibilidades de la elaboración de software educativo en Cuba se hace por (RUÍZ, 1995), quien describe la evolución del software educativo en el mundo, hasta esa fecha, caracterizando cada estadío de su clasificación de tal manera que distingue: 1. El pasado (desde 1945 hasta 1974) dado por: •. Bajas velocidades de procesamiento y poca capacidad de memoria con equipos grandes y costosos, trabajos en lote y equipos aislados.. •. Engorrosa comunicación hombre-máquina con lenguaje de máquina y superlenguajes.. 22.

(38) Capítulo 1. •. Sistemas de gestión de base de datos con ambientes de trabajo rígidos y datos separados del audio y el video.. •. Usuarios directos, fundamentalmente especialistas informáticos y todo orientado hacia la computadora.. 2. El presente (desde 1975 hasta 1994) dado por: •. Altas velocidades de procesamiento y gran capacidad de memoria con equipos pequeños y de más bajo costo.. •. Trabajo interactivo con el desarrollo de redes locales y extendidas.. •. Amistosa comunicación hombre-máquina con lenguajes estructurados y la existencia de tutoriales.. •. Sistemas de gestión de base de datos y de conocimientos y desarrollo de sistemas multimedia.. •. Usuarios directos: especialistas, profesionales, técnicos y personas en general con cierta calificación y aparece la orientación hacia usuarios calificados en Informática.. 3. El futuro (desde 1994 fecha de realizado el análisis hasta 1999) dado por: •. Increíble altas velocidades de procesamiento y enorme capacidad de memoria con equipos miniaturizados y de muy bajos costos.. •. Trabajo en tiempo real, planes de desarrollo de la Teleinformática y aparición de las autopistas electrónicas.. •. Superamistosa comunicación hombre-máquina con lenguaje natural.. •. Sistemas inteligentes integrados con reconocimiento de voz e imágenes y la generalización de la IA y los sistemas multimedia y la implantación de la Realidad Virtual.. •. Usuarios directos: a todo tipo de personas interconectadas y con orientación a los usuarios finales.. Por su parte, la actividad existe a través de las acciones y esta a su vez se sustenta en operaciones. Sobre las interrelaciones dinámicas que existen entre la actividad, las. 23.

(39) Capítulo 1. acciones y las operaciones N. Talizina consideraba que los conceptos de acción y operación son relativos, lo que en una etapa de la enseñanza interviene como acción en otra se hace operación; pero por otra parte, la acción puede convertirse en actividad y al contrario (JOSEMARÍA, 2001).. La actividad se concibe como el medio que relaciona el hombre o sujeto de la actividad, y los objetos de la realidad externa. Posee una estructura entre la cual se revela el objeto sobre el cual recae la acción del sujeto y que al final va hacer transformado. Los medios que utiliza el sujeto para lograr esta transformación, constituido por el sistema de acciones que realiza los instrumentos que utiliza (ideales o materiales); los objetivos que le dan a la actividad un sentido y dirección hacia el resultado final y las condiciones específicas en que se desarrolla la actividad.. La actividad cognoscitiva constituye un tipo fundamental de actividad humana que ha tenido lugar en el desarrollo histórico y que está contenida en el contexto práctico material como forma de interrelación sujeto y objeto. Está relacionada con todos los aspectos de la personalidad humana. El hombre como una unidad con todas sus cualidades y particularidades piensa y conoce. Es por ello que en la relación de la actividad cognoscitiva se requiere considerar no solo los componentes intelectuales sino también los motivacionales, volitivos, y emocionales. Estos componentes no solo se presentan como elementos indispensables para la realización exitosa de la actividad, constituyen también momentos de la actividad cognoscitiva y se desarrolla a su vez por su realización (BUSTAMANTE, 1974).. Cuando esta actividad cognoscitiva se particulariza en un sujeto y por tanto este actúa independientemente se le llama actividad cognoscitiva independiente. El sujeto usa su propia actividad cognoscitiva independiente para conocer constantemente con todos sus sentidos y en todo momento, lo que desea del objeto y del medio que le rodea. Es el sujeto el que dirige su propia actividad cognoscitiva independiente. De esa independencia cognoscitiva, M.A.Danilov decía que se manifiesta ante todo como. 24.

(40) Capítulo 1. aspiraciones del pensamiento independiente, como capacidad de hallar un camino propio para las nuevas tareas, como necesidad de comprender no solo el conocimiento asimilado, sino también de dominar las experiencias del logro de ese conocimiento; se manifiesta en la independencia del criterio personal (GALVIS, 1994).. Sin embargo no toda actividad cognoscitiva independiente es considerada trabajo independiente. El trabajo independiente es un tipo de actividad cognoscitiva independiente, que atendiendo a la estructura de esta actividad se puede clasificar en: 1. Trabajo independiente por modelos. 2. Trabajo independiente reproductivo. 3. Trabajo independiente productivo. 4. Trabajo independiente creativo, se refiere al trabajo investigativo.. 1.5 Aspectos fundamentales sobre la asignatura Diseño Geométrico de Carreteras. Se ha hecho referencia a importantes aspectos que tomarán práctica para un mejor aprendizaje de la asignatura Diseño Geométrico de Carreteras, es por ello necesario dar a conocer en que consiste esta asignatura, los temas que trata y en que momento deben integrarse el uso de las TIC en el trabajo independiente de la asignatura.. En el proyecto integral de una carretera, el diseño geométrico es la parte más importante ya que a través de él se establece su configuración geométrica tridimensional, con el propósito de que la vía sea funcional, segura, cómoda, estética, económica y compatible con el medio ambiente (BENÍTEZ, 2004).. Una vía será funcional de acuerdo a su tipo de características geométricas y volúmenes de tránsito, de tal manera que ofrezca una adecuada movilidad a través de una suficiente velocidad de operación, mientras que la geometría de la vía tendrá como premisa básica la de ser segura, a través de un diseño simple y uniforme (LECLAIR, 2001).. 25.

(41) Capítulo 1. Una carretera se puede concebir como un sistema que logra integrar beneficios, conveniencia, satisfacción y seguridad a sus usuarios; que conserva, aumenta y mejora los recursos naturales de la tierra, el agua, y el aire; y que colabora en el logro de los objetivos del desarrollo regional, agrícola, industrial, comercial, residencial, recreacional y de salud pública (HERNÁNDEZ, 2000).. La asignatura Diseño Geométrico de Carreteras estimula a los estudiantes en el ingenio y deseos de la búsqueda de soluciones alternativas en el trazado de carreteras, analizando con creatividad y fundamento variantes en las características de las mismas, donde los estudiantes desarrollan capacidades que le permiten trabajar de forma independiente, utilizando como método fundamental la investigación científica para la solución de tareas profesionales vinculadas al diseño geométrico de las carreteras.. En ella se aplican nociones generales sobre el planeamiento vial, se determinan los distintos elementos de la alineación en planta y el perfil longitudinal de las vías de comunicación (carreteras y vías férreas); así como la necesaria coordinación que debe existir entre ellos.. Se estudian los elementos geométricos de intersecciones de carreteras, así como criterios de diseño en la proyección de carreteras y vías férreas utilizando sistemas profesionales para la modelación de las estructuras, simulación del movimiento vehicular, modelación del terreno y organización de las obras.. En la asignatura se usan adecuadamente los documentos normativos existentes en el país e internacionales, en las tareas de proyección y conservación de las obras viales, se aplican las normativas y regulaciones existentes en los proyectos viales para reducir el impacto al medio ambiente provocado por la construcción de las obras, el tráfico vehicular o la explotación o producción de materiales. Se calculan los volúmenes de movimiento de tierras y se organiza el proceso de construcción de una explanación para las obras civiles (vías de comunicación y edificaciones).. 26.

(42) Capítulo 1. 1.6 Conclusiones parciales. Las consultas realizadas a fuentes bibliográficas hacen arribar a las siguientes conclusiones: •. Enseñar es algo que ha evolucionado junto al hombre a través de los años. La Enseñanza Asistida por Computadoras ha repercutido de forma extraordinaria en la sociedad, revolucionando los métodos tradicionales de enseñanza y elevando la calidad del proceso de formación del hombre.. •. El uso de las técnicas de Inteligencia Artificial ha facilitado el desarrollo cualitativo de los software educativos, añadiéndole a los mismos la capacidad de adaptación al estudiante en una sesión de enseñanza-aprendizaje.. •. En la carrera de Ingeniería Civil se han utilizado algunos software para facilitar tareas de trabajo independiente y para elevar la calidad del mismo, sin embargo resulta insuficiente la tecnología educativa disponible para enfrentar las exigencias del Plan de Estudios D por lo que resulta de gran utilidad la elaboración de sistemas de enseñanza-aprendizaje que favorezcan el proceso educativo.. •. El trabajo independiente es un conjunto de métodos que propician la ejercitación, fijación, aplicación, repetición, y la sistematización para el control y evaluación, donde se logra conciliar la forma del alumno de aprender y la del profesor de enseñar.. 27.

(43) Capítulo 1. 28.

(44) Capítulo 2. CAPÍTULO 2. NECESIDAD, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE INTELIGENTE SOBRE DESEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS En el Capítulo 2 se describen los resultados del análisis de necesidades para el uso de la herramienta HESEI realizado teniendo en cuenta opiniones de profesores y estudiantes. Se muestra un resumen con las principales características de HESEI, así como el diseño del sistema que se propone. Se describe la implementación computacional realizada por el usuario profesor, y la ejecución del usuario estudiante.. 2.1 Análisis de necesidades para el uso de la herramienta HESEI. Se realizó una entrevista a la profesora principal de la asignatura Diseñó Geométrico de Carreteras para precisar la concepción sistémica de un SEAI para la asignatura, la cual se prepara creando las condiciones necesarias para el trabajo independiente de los estudiantes. Un sitio web es el encargado de manipular y organizar la información que se tiene de la asignatura, y dentro de él se incluye un hipervínculo al SEAI implementado con HESEI, de tal forma que exista un complemento con ejercicios y bibliografía personalizada a los estudiantes para que se puedan chequear los resultados del estudio que se lograron a través de la realización de los ejercicios de trabajo independiente.. Existen puntos de vista comunes en la concepción del sistema de trabajo independiente y la herramienta HESEI, y es en el concepto de la estimulación del aprendizaje a partir de nuevas y superiores metas del conocimiento así como de la personalización de las influencias educativas en la adquisición del conocimiento.. En la entrevista colectiva a los estudiantes del curso para trabajadores (CPT) con el objetivo de determinar la necesidad del uso de una herramienta que les permita la evaluación de su estudio individual, se pudo conocer que resulta provechoso la. 28.

(45) Capítulo 2. existencia de un sistema automatizado para guiar el trabajo independiente, de tal forma que pueda ser utilizado en los centros de trabajo u otros lugares, lográndose una mejor preparación al asistir a clases presenciales. De forma similar se realizó una entrevista colectiva a los estudiantes del 3er año del curso regular diurno (CRD) de la carrera que recibieron la asignatura DGC recientemente, con el objetivo de determinar la necesidad del uso de una herramienta que les permita la evaluación de su estudio individual y la respuesta fue satisfactoria.. Para el análisis de documentos que forman parte del SEAI se consultó el programa de la asignatura DGC, con el objetivo de determinar cuál es la literatura que se recomienda por los especialistas para el estudio de los temas de la asignatura. Se pudo constatar que la literatura que se propone es insuficiente, por lo que constituye una necesidad la búsqueda de información adecuada para cada tema del SEAI.. La entrevista a los profesores que imparten la asignatura permitió la selección de literatura adecuada para cada tema, ejemplo de ello lo constituye los siguientes libros: •. Trazado de Vías, Raúl Benítez. Estudia los temas de curvas horizontales, superelevación, ensanche y curvas verticales a través de varios ejemplos, tablas y gráficos (BENÍTEZ, 1988).. •. Proyecto de Carreteras, Raúl Benítez. Posee explicaciones, tablas y esquemas útiles para el estudio del tema de drenaje (BENÍTEZ, 1986).. •. Diseño Geométrico de Intersecciones, Eustaquio Díaz. Ofrece argumentos teóricos, tablas, esquemas y varios ejemplos (DÍAZ, 1990).. Se hace necesario buscar otras literaturas que aborden temas de estudios del trazado y de ingeniería del tránsito. El análisis de la literatura encontrada en Internet permite concluir que también se puede hacer uso de monografías encontradas acerca de diseño de urbanizaciones, ya que contienen información suficiente en los temas de curvas horizontales, curvas verticales y drenaje (BROMN, 2001). Además se puede hacer uso de manuales y páginas web que contienen información especializada de los temas.. 29.

(46) Capítulo 2. 2.2 Generalidades de HESEI. HESEI utiliza técnicas de IA y Mapas Conceptuales (MC) con el objetivo de adaptar con mayor precisión el sistema de enseñanza-aprendizaje a las características del alumno (LEÓN, 2007c). Sus fundamentos teóricos se apoyan en la ingeniería del conocimiento, las técnicas de IA, así como la ciencia pedagógica (véase figura 2.1).. Figura 2.1 Arquitectura de HESEI. Breve descripción de algunas componentes que conforman la arquitectura del sistema: •. Interfaz: Le permite al profesor introducir toda la información necesaria para preparar los sistemas de enseñanza-aprendizaje y editar las preguntas. Además a través de esta componente el estudiante podrá interactuar con el SEAI elaborado en forma de MC adaptado a él según sus características.. •. Seguridad del sistema: Es el encargado de identificar el tipo de usuario que interactúa con la herramienta.. •. Ingeniería del Conocimiento: Esta componente capta todo el conocimiento que el profesor desea tener en cuenta en su SEAI.. •. LEX: Está estrechamente relacionada con la componente Ingeniería del Conocimiento, se utiliza un algoritmo de Inteligencia Artificial para determinar si existen preguntas que no están tomando peso en la evaluación dada por el profesor y sugerirle cambios en la configuración de los tópicos.. •. Clasificador: Es una estructura de datos utilizada para asignarle a cada estudiante el entrenador adecuado en cada tópico para conformar su SEAI.. 30.

(47) Capítulo 2. •. Recuperador y adaptador del SBC: En esta componente se implementó un Sistema Basado en Casos compuesto por la base de casos y los algoritmos de recuperación y adaptación de casos para almacenar los tipos de estudiantes que interactúan con el sistema.. Los usuarios de HESEI son Profesor y Estudiante, actores fundamentales en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Estos presentan los siguientes casos de uso (véase figura 2.2). SE: Sistema de Enseñanza MC: Mapa Conceptual. Figura 2.2 Casos de uso del sistema. HESEI cuenta con un editor de preguntas, es una herramienta de fácil manejo y facilita la confección de preguntas de forma dinámica, además permite editarlas después de creadas y resueltas. El profesor puede elaborar preguntas pertenecientes a un tópico determinado, antes de editar se conocerá la cantidad de tópicos y la cantidad de preguntas de cada tópico. Posteriormente se elige el tipo de pregunta (LEÓN, 2008).. El editor permite el trabajo sobre cinco tipos de preguntas: •. Verdadero o Falso.. •. Selección con Complemento Simple (Marcar la correcta).. •. Selección con Complemento Agrupado.. •. Relacionar Columnas.. •. Pantalla de Explicación.. 31.

(48) Capítulo 2. Puede observarse en la figura 2.3 la secuencia de trabajo en HESEI, donde el editor de preguntas está integrado.. Figura 2.3 Secuencia de trabajo en HESEI. Por cada SEAI se generará un MC; el nodo inicial será el nombre de la temática, luego tendrá tantos subnodos como tópicos hayan en el tema y cada tópico tendrá tantos subnodos como entrenadores o materiales educativos el profesor haya planificado. Al mostrarse el MC aparecerán tres tipos de nodos con sus materiales educativos asociados de forma interactiva: los que representan contenidos ya vencidos por los estudiantes, los que debe estudiar debido a sus necesidades cognitivas actuales y los de complejidad superior, a los cuales no podrá acceder.. 32.

(49) Capítulo 2. 2.3 Diseño del Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras. Para diseñar un SEAI es necesario realizar un estudio previo de las acciones a realizar para lograr una mejor implementación del sistema. La figura 2.4 muestra a través de un diagrama las tres etapas que se han de tener en cuenta al elaborar un SEAI con el uso de HESEI.. Figura 2.4 Procedimiento general para elaborar un SEAI conformado por Materiales Educativos (ME) con el uso de la herramienta computacional HESEI. Posteriormente es necesario dividir en tópicos el contenido a tratar, por lo que se describe a continuación la estructuración realizada en este caso (véase figura 2.5). Para este SEAI se consideró utilizar cinco preguntas en cada uno de los tópicos para un total de 20 preguntas (desde P1.1 hasta P4.5).. 33.

(50) Capítulo 2. Figura 2.5 Estructura del SEAI sobre Diseño Geométrico de Carreteras. Breve descripción de los tópicos que conforman el SEAI (BARRETO, 2008): •. Curvas Horizontales: En este tópico se abordan las curvas de transición, la fundamentación del uso de las curvas de transición en carreteras y las funciones de la curva de transición. Se estudia el replanteo desde un punto intermedio. Se trata el tema de curvas completamente de transiciones, curvas asimétricas, curvas paralelas y curvas a través de un punto obligado. Además de ensanche y superelevación. Relación entre el radio de curvatura, la superelevación y la velocidad de diseño de la vía. Criterios para el establecimiento y empleo de la superelevación en curvas circulares y en curvas de transición.. •. Curvas Verticales: Se aborda el uso y la función de las curvas a emplear en los cambios de rasante (simétrica o asimétrica) que se utiliza para redondear los puntos angulosos de la alineación de la rasante.. •. Intersecciones: Se estudian las curvas en las intersecciones, diseño mínimo para carriles de giro, cálculo de la curva de tres centros y carriles de cambio de velocidad. Además se abordan las isletas y superelevación en los carriles de giro.. •. Drenaje: Se abordan temas relacionados con el drenaje vial y las obras de drenaje superficial empleadas en vías rurales, así como las expresiones para la determinación del gasto hidrológico. Además cálculo hidráulico de cunetas, de alcantarillas de tubo y de cajón.. 34.

(51) Capítulo 2. 2.4 Implementación del Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras realizada por el usuario profesor. En el epígrafe se muestra una serie de imágenes (desde la figura 2.6 a la 2.32) donde puede apreciarse paso a paso el proceso de implementación que realiza el usuario profesor con la herramienta HESEI para conformar un SEAI. Esta recopilación visual tiene como principal objetivo servir de guía para crear nuevos sistemas o en un futuro proceso de modificación de la estructura, preguntas o contenido de este SEAI.. Figura 2.6 Entrada a HESEI como profesor. Figura 2.7 Opción para Crear un nuevo Sistema de Enseñanza. 35.

(52) Capítulo 2. Figura 2.8 Título del Sistema de Enseñanza y definición de la cantidad de tópicos que lo componen. Figura 2.9 Selección del tópico a configurar. Figura 2.10 Configuración del tópico (definición de la cantidad de preguntas que lo componen y selección del tipo de evaluación a emplear). 36.

(53) Capítulo 2. Figura 2.11 Opciones de configuración del tópico (llamada al asistente para la evaluación). Figura 2.12 Definición de opciones para la evaluación de los posibles casos. 37.

(54) Capítulo 2. Figura 2.13 Opciones de configuración del tópico (validación de la configuración realizada por el profesor, algoritmo basado en técnicas de IA para determinar si alguna pregunta no está tomando peso en la evaluación). Figura 2.14 Definición de materiales educativos para el estudio posterior. 38.

(55) Capítulo 2. Figura 2.15 Definición de opciones para la asignación de los materiales educativos a los posibles casos. Figura 2.16 Correspondencia entre la evaluación ofrecida por el profesor (Evaluación y Certeza) y el material educativo a utilizar en su estudio independiente según sus posibles necesidades. 39.

(56) Capítulo 2. Figura 2.17 Confección de una pregunta de tipo Selección con Complemento Simple (marcar la correcta). Figura 2.18 Entrada del texto del inciso. 40.

(57) Capítulo 2. Figura 2.19 Ventana donde el profesor responde correctamente la pregunta elaborada por él para que el sistema guarde la respuesta y sea usada en el proceso de comparación con las ofrecidas por los estudiantes. Figura 2.20 Confección de una pregunta de tipo Pantalla de Explicación. 41.

(58) Capítulo 2. Figura 2.21 Panel para mostrar la figura o texto elegido por el profesor y entrada del texto del inciso. Figura 2.22 El profesor responde correctamente la pregunta elaborada por él de acuerdo a la imagen mostrada. 42.

(59) Capítulo 2. Figura 2.23 Confección de una pregunta de tipo Verdadero o Falso. Figura 2.24 Entrada del texto del inciso. 43.

(60) Capítulo 2. Figura 2.25 Ventana para que el profesor responda correctamente la pregunta elaborada por él eligiendo V o F según corresponda. Figura 2.26 Confección de una pregunta de tipo Selección con Complemento Agrupado. 44.

(61) Capítulo 2. Figura 2.27 Entrada del texto del inciso para conformar las aseveraciones. Figura 2.28 Al definirse varias combinaciones de las aseveraciones se elige la única correcta. 45.

(62) Capítulo 2. Figura 2.29 Confección de una pregunta de tipo Relacionar Columnas. Figura 2.30 Entrada del texto del inciso en la columna A. 46.

(63) Capítulo 2. Figura 2.31 Entrada del texto del inciso en la columna B. Figura 2.32 Ventana para relacionar los incisos de las columnas A y B. 47.

(64) Capítulo 2. 2.5 Ejecución del Sistema de Enseñanza-Aprendizaje Inteligente sobre Diseño Geométrico de Carreteras realizada por el usuario estudiante. Se muestra una serie de imágenes (desde la figura 2.33 a la 2.41) donde puede apreciarse la ejecución que realiza el usuario estudiante con el SEAI.. Figura 2.33 Entrada a HESEI como estudiante. Figura 2.34 Opción para abrir un Sistema de Enseñanza. Figura 2.35 Opción para seleccionar el tópico a responder. 48.

(65) Capítulo 2. Figura 2.36 Ventana para responder la pregunta Selección con Complemento Simple. Figura 2.37 Ventana para responder la pregunta Pantalla de Explicación. 49.