Implementación de laboratorios virtuales para el tema PROCESOS TERMODINÁMICOS

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Matemática, Física y Computación Ingeniería Informática. TRABAJO DE DIPLOMA. Implementación de laboratorios virtuales para el tema “PROCESOS TERMODINÁMICOS”. Autor:. Miguel Humberto Armenteros David. Tutores:. Msc. Pedro Jesús Iturria Quintero Msc.Johinell Molina Rodríguez Msc. Carlos Alberto Donis Díaz. Santa Clara, 2013.

(2) El que suscribe: Miguel Humberto Armenteros David, hace constar que el trabajo titulado Implementación de laboratorios virtuales para el tema `PROCESOS TERMODINÁMICOS´, fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de los estudios de la especialidad de Ingeniería Informática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos ni publicado sin la autorización de la universidad.. Firma del autor. Los abajo firmantes, certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdos de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del tutor. Firma del jefe del Laboratorio. Msc. Pedro Jesús Iturria Quintero. Dr. Mateo G. Lezcano Brito.. Fecha.

(3) Exergo. Exergo. No hay que empezar siempre por la noción primera de las cosas quese estudian, sino por aquello que puede facilitar el aprendizaje. Aristóteles. II.

(4) Dedicatoria. Dedicatoria. A mis padres, por su sacrificio, dedicación, apoyo y ayuda constantes. A mi tía LinLin por sus consejos y sugran ayuda. A mi abuelospor siempre dejar sus huellas y la luz en mi camino. A mi negra Keily por las tantas aventuras que hemos vivido juntos. III.

(5) Agradecimientos. Agradecimientos. A todos mis amigos, familiares y todas las personas que me han ayudado a realizar este proyecto A todos ellos, por estar junto a mí. Gracias.. IV.

(6) Resumen. Resumen Como parte del proceso de enseñanza - aprendizaje de la Química General, en la Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas se desarrollan laboratorios virtuales como preparación de los estudiantes para las prácticas en el laboratorio real, en las carreras de perfil químico, y, en otras, como sustitución de las prácticas reales debido a la carencia de equipos y reactivos. Es por ello que el objetivo de esta investigación ha sido desarrollar sendos software que simulen las prácticas de laboratorios “Determinación del calor de reacción” y “Determinación de la cantidad de oxígeno del aire” correspondientes al tema “Procesos termodinámicos”. El sistema se desarrolló utilizando la herramienta computacional Adobe Flash CS5.5. Se establece un ambiente visual de presentación único para ambas simulaciones y se da cumplimiento a los siguientes. requerimientos. didácticos:. lograr. interactividad,. permitir. la. autoevaluación del desempeño del estudiante y lograr un ambiente virtual cercano a la realidad.. V.

(7) Abstract. Abstract As part of the teaching-learning process of the Chemistry at Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas. It is designed and it is also implemented virtual laboratories as part of the students preparation for real laboratory practice in the careers of chemical profile and others, as substitution of the real practice due to the lack of equipment and reagents. That’s why the objective of this investigation has been to develop software for each practice that simulate laboratory practices "Determination of heat reaction" and "Determination. of. the. oxygen. air. content". corresponding. to. the. topic. thermodynamical process. The system was developed using the computational tool Adobe Flash CS5.5; a unique visual atmosphere of presentation settles down for both simulations and execution is given to the following didactic requirements: To achieve interaction and to allow self-evaluation of the students acting and to achieve a near virtual atmosphere.. VI.

(8) Tabla de Contenido. Introducción ........................................................................................................................... 1 Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química ........................................................................................................................... 4 1.1 Papel de las TIC en el proceso de enseñanza-aprendizaje ..........................................................5 1.2 El software educativo aplicado al estudio de la ciencia ..............................................................8 1.3 Los laboratorios virtuales en la enseñanza de la Química ......................................................... 11 1.4 La herramienta de Adobe Flash Professional CS5.5 .................................................................. 14 1.5 Conclusiones parciales............................................................................................................. 16 Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.............................................................................. 17 2.1 Componentes de una aplicación multimedia ........................................................................... 17 2.2 El Lenguaje Orientado a Objeto para el Modelado de aplicaciones Multimedia (OMMMA-L) como una extensión de UML .............................................................................................. 17 2.3 Requerimientos del sistema .................................................................................................... 20 2.3.1 Requerimientos funcionales ............................................................................................. 20 2.3.2 Requerimientos no funcionales......................................................................................... 20 2.4 Descripción del sistema ........................................................................................................... 21 2.4.1 Actores del sistema........................................................................................................... 22 2.4.2 Casos de uso del sistema .................................................................................................. 23 2.4.3 Modelo de Implementación.............................................................................................. 28 2.4.4 Diagramas de actividades ................................................................................................. 29 2.4.5 Diagramas de presentación .............................................................................................. 30 2.5 Uso de Flash y ActionScript 3.0 en los productos desarrollados ............................................... 31 2.6. Conclusiones parciales............................................................................................................ 35 Capítulo 3. Diseño de las prácticas virtuales ........................................................................ 36 3.1 Generalidades ......................................................................................................................... 36 3.2 Menú principal ........................................................................................................................ 36 3.3 Evaluación de los conocimientos ............................................................................................. 38 3.4 Escenario virtual de las prácticas ............................................................................................. 39 3.4.1 Interacción del usuario con equipos y utensilios ............................................................... 39 3.4.2 Práctica de laboratorio virtual “Determinación del calor de reacción”............................... 40. VII.

(9) Tabla de Contenido. 3.5 Estructura de navegación ........................................................................................................ 43 3.6 Requerimientos ....................................................................................................................... 44 3.7 Conclusiones Parciales............................................................................................................. 44 Conclusiones........................................................................................................................ 45 Recomendaciones ............................................................................................................... 46 Referencias bibliográficas .................................................................................................... 47. VIII.

(10) Introducción. Introducción Debido a las nuevas demandas sociales y por el vínculo que se establece entre la universidad y la integración de la tecnología, los docentes promueven innovaciones educativas universitarias como búsqueda planificada, intencional y sistemática de cambios que provoquen una mejora de la calidad educativa. La incorporación de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) ha producido el gran cambio en la docencia universitaria ofreciendo múltiples posibilidades para la creación de nuevos productos educativos, para la promoción de la comunicación bidireccional y, como trasfondo, generar una transformación educativa general (Calabuig, 2004). Las instituciones educativas son entidades transformadoras, procesadoras y propiciadoras de conocimientos, que en la actualidad poseen los recursos fundamentales de cualquier sociedad para reducir la exclusión en cuanto a la apropiación de conocimientos. Hoy en día es aceptado que para propiciar aprendizajes se haga necesario producir actividades que favorezcan la participación activa del que aprende. Al incorporar elementos, como la computación, al proceso de aprendizaje, se crea una interacción más personal y activa entre el estudiante y el contenido, hecho que tributa al llamado “aprendizaje significativo”. La aparición y el desarrollo del software educativo en la inmensidad de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, favorece la apropiación de contenidos de forma significativa al fortalecer el establecimiento de relaciones esenciales que conducen a generalizaciones de conocimientos y a estimular, de forma positiva, la esfera motivacional-afectiva del estudiante (Vidal, 2012). Los ambientes de aprendizaje mediados por las tecnologías de la información y las comunicaciones desempeñan un papel fundamental en las ciencias, especialmente, la Química donde la realización de experimentos y el desarrollo de proyectos en laboratorios virtuales está siendo implementado en muchísimos centros de estudios a nivel mundial. Actualmente, en la facultad de Química de la Universidad Central de Las Villas, existe el sitio web “Química Virtual”, que está destinado al apoyo de los procesos docentes. En esta plataforma virtual están disponibles, para uso de estudiantes una serie de materiales de estudio, programas informáticos y aplicaciones. 1.

(11) Introducción. de corte educativo con la idea de utilizar las bondades de la tecnología en pos de apoyar la calidad del proceso de enseñanza aprendizaje. Se puede citar el software “ModelChemLab” que provee el equipamiento y la posibilidad de realizar los procedimientos comunes de un laboratorio real para simular los pasos involucrados en la realización de los experimentos, también existe el HIBRISIST; una aplicación interactiva sobre el tema “Enlace químico” que aborda la teoría de orbitales híbridos y por otro lado la suite de aplicaciones: Simulations and Interactive Resources (SIR) que agrupa un conjunto de programas interactivos, simulaciones y animaciones de los principios de Química General. Los productos de software utilizados para simular prácticas de laboratorio en los diferentes temas, aun cuando logran simular las operaciones básicas de trabajo en el laboratorio, no cumplen con todos los requerimientos desde el punto de vista didáctico que requieren las aplicaciones de este tipo, al adolecer de falta de interactividad con el usuario, carencia de orientaciones para el estudio independiente, tampoco permiten al usuario autoevaluar su desempeño y las imágenes que presentan no se acercan a las de un laboratorio (Molina, 2012). Partiendo de ese análisis se han desarrollado, desde hace varios cursos, diversas simulaciones de laboratorios que están más ajustados a los planes de las carreras que conciben a la Química como una especialidad. Estas simulaciones se han elaborado enfocadas en los requerimientos no presentes en los softwares anteriormente mencionados. Para el proceso de enseñanza-aprendizaje del tema termodinámica en la disciplina de Química-Física, actualmente, solo dos de los softwares existentes; el SIR y el ChemLab, simulan algunos de los procesos que se corresponden con los contenidos de esta disciplina, pero carecen de la interactividad necesaria para ser considerados softwares educativos, no cumpliendo los requerimientos necesarios referenciados en (Molina, 2012). Para la enseñanza de la Química, también se hace necesario vincular los conocimientos de esta disciplina a los procesos de la vida cotidiana, ya que así los estudiantes de la especialidad conocen con mayor profundidad la importancia de esta ciencia y se incrementa la motivación por el estudio de la Química y sus procesos; es. 2.

(12) Introducción. por ello que como parte de un convenio con la Universidad de Rostock de Alemania ha surgido la necesidad de elaborar un laboratorio virtual en idioma inglés que permita simular la determinación de la cantidad de oxígeno del aire y que, gracias al idioma en que será desarrollado, se utilice como una plataforma para el aprendizaje común en ambas universidades y como parte de la formación en esta lengua que se le exige al estudiantado universitario. Es por ello que se nos platea el siguiente problema científico: ¿Cómo desarrollar laboratorios virtuales para simular las prácticas de la determinación del calor de reacción y la determinación de la cantidad de oxígeno del aire, como apoyo al proceso de enseñanza aprendizaje del tema de procesos termodinámicos? A partir de este problema se plantea el siguiente: Objetivo general: Implementar dos softwares educativos multimedia utilizando como plataforma de desarrollo Adobe Flash, con características didácticas adecuadas que permitan la simulación de prácticas de laboratorio en los temas “determinación del calor de reacción” y “determinación de la cantidad de oxígeno del aire” de la disciplina Química-Física. Objetivos específicos: 1. Realizar un estudio sobre el estado del arte de los softwares educativos multimedias, así como de las características didácticas necesarias para lograr simular de forma adecuada los laboratorios virtuales sobre las temáticas referidas. 2. Implementar un software educativo multimedia basado en Adobe Flash que permita simular la práctica de laboratorio “Determinación del calor de reacción” correspondiente a la disciplina Química-Física. 3. Implementar un software educativo multimedia basado en Adobe Flash que permita simular la práctica de laboratorio “Determinación de la cantidad de oxígeno del aire” correspondiente a la disciplina Química-Física.. 3.

(13) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. Capítulo 1 . Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química Los medios de enseñanza se han definido como todos aquellos objetos que constituyen el soporte material del proceso de enseñanza-aprendizaje. Atendiendo a sus funciones didácticas se clasifican en (Alarcón, 2003): •. Medios de transmisión de la información: Tienen como función la transmisión sobre los contenidos del plan de estudios, donde la participación directa del profesor en la dirección del proceso, ocupa un plano destacado, sin olvidar la participación activa del estudiante.. •. Medios de experimentación escolar:Estos medios están destinados a comprobar en qué medida está siendo efectivo el aprendizaje y en líneas generales son de uso individual o colectivo. Van desde los controles en clases hasta el uso de modernos equipos electrónicos de control del aprendizaje.. •. Medios de simulación para el aprendizaje: Son muy utilizados en la enseñanza profesional y superior debido a sus características al permitir imitar situaciones dadas, realizar reiteradamente determinadas operaciones y lograr un autocontrol. inmediato.. A. estos. medios. se. les. llama. generalmente. entrenadores y hacen uso de fotografías, dibujos, filmes o ilustraciones; elementos que los estudiantes deben someter a consideración e iniciar un rápido proceso de decodificación, que supone una secuencia de acciones muy variadas, que van desde la interpretación semántica y semiótica hasta la generalización de conceptos, pasando por etapas de comparación con casos conocidos, establecimiento de similitudes y diferencias e integrando la información. Cuando se mencionan las reproducciones visuales, muchos piensan en las imágenes planas (fotos de objetos) o sus representaciones corpóreas (maquetas, muestras, etc.) y en realidad estas son sus formas más primitivas, aunque necesarias en ocasiones. Es precisamente este último medio de enseñanza que define el autor, el pilar que sostiene el presente trabajo de diploma que a su vez está evidentemente. 4.

(14) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. relacionado con el proceso de enseñanza – aprendizaje. Cobra una vital importancia que se planteen los fundamentos teóricos que sustentan este proceso, partiendo de la premisa del gran valor educativo que se le atribuye a los medios de simulación para el aprendizaje y a los análisis correspondientes para su entendimiento.. 1.1 Papel de las TIC en el proceso de enseñanza-aprendizaje Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones constituyen un conjunto de equipos, redes y servicios que se integran en un sistema de información interconectado y complementario, perdiéndose las fronteras entre un medio de información y otro; produciendo así importantes transformaciones en la sociedad, hasta el punto de marcar la característica distintiva de este momento histórico en relación al pasado. Según Fernández (Fernández, 2004) las TIC conforman un sistema compuesto por: •. Las telecomunicaciones: representadas por los satélites destinados a la transmisión de señales telefónicas, telegráficas y televisivas; la telefonía que ha tenido un desarrollo impresionante a partir del surgimiento de la señal digital; el fax y el modem; y por la fibra óptica; eficaz conductor de la información en forma luminosa que entre sus múltiples ventajas económicas se distinguen el transmitir la señal a grandes distancias sin necesidad de usar repetidores, y tener ancho de banda muy amplio.. •. La tecnología audiovisual: que ha perfeccionado la televisión de libre señal, la televisión por cable, la televisión restringida (pago por evento) y la televisión digital terrestre (TDT).. •. La informática: caracterizada por notables avances en materia de hardware y software que permiten producir, transmitir, manipular y almacenar la información con más efectividad, distinguiéndose la multimedia, las redes locales y globales (Internet), los bancos interactivos de información, los servicios de mensajería electrónica, etc.. 5.

(15) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. Dicho de otro modo; las TIC, abarcan el conjunto de tecnologías que permiten la adquisición, producción, almacenamiento, tratamiento, comunicación, registro y presentación de informaciones, en forma de voz, imágenes y datos contenidos en señales de naturaleza acústica, óptica o electromagnética. Cuba ha identificado desde muy temprano la conveniencia y necesidad de dominar e introducir en la práctica social las TIC y lograr una cultura informática como característica importante del hombre nuevo. Teniendo en cuenta que los actores del desarrollo informático en una sociedad son todos los componentes de la misma, unos para su desarrollo y todos para su aplicación se trabaja incesantemente por lograr la informatización en todas las esferas. Para ello se han trazado los siguientes objetivos (Portillo, 2006): 1. Incrementar la eficiencia de la producción y los servicios para lograr aumentar su competitividad, mediante el aumento de la calidad y la disminución del consumo de recursos materiales y de portadores energéticos. 2. Aumentar la efectividad y facilitar la toma de decisiones en la gestión de dirección mediante la información, confiable y con la mayor actualización, a los órganos de gobierno y a la administración a todos los niveles, sirviendo de apoyo al desarrollo integral y multifacético de la sociedad cubana. 3. Generar una fuente de divisas mediante la exportación y la venta en frontera, proveniente de la industria informática y en especial mediante el incremento de la industria del software. 4. Elevar la calidad de los servicios públicos, en especial la educación, la salud y la seguridad social. 5. Brindar a los profesionales, investigadores, educadores, estudiantes y funcionarios de las entidades la información científico-técnica, tecnológica y comercial actualizada existente en el mundo mediante un acceso a Internet y otras vías de intercambio de información en forma organizada y controlada. El impacto social de las TIC está estrechamente relacionado con los centros educativos, especialmente con las universidades, propiciando modificaciones en las formas tradicionales de enseñar y aprender. Si nos atenemos al hecho evidente de que el avance incesante de la tecnología no parece tener freno, el. 6.

(16) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. reto de los centros educacionales y en particular de las universidades radica en prepararse como institución y preparar a su vez a sus educandos a adaptarse a los cambios de manera rápida y efectiva, con un mínimo gasto de recursos humanos y materiales. Entre las claves fundamentales para el éxito está el lograr que el aprendizaje se convierta en un proceso natural y permanente para estudiantes y docentes. Es necesario aprender a usar las nuevas tecnologías y usar las nuevas tecnologías para aprender. En concordancia con lo antes expuesto, la autora (Fainholc, 1997) define y contextualiza las TIC orientadas al entorno educativo como “Las propuestas electrónico–comunicativas que organizan el entorno pedagógico diseñando propuestas educativas e interactivas y que trascienden los contextos físicos, fijos, institucionales, etc., a fin de hacerlos accesibles a cualquiera, en cualquier tiempo y lugar [...] la nueva tecnología recicla, engloba y resignifica todas las tecnologías existentes o anteriores. Un ejemplo ilustrativo de ello es la relación lápiz/PC, o si se desea, libro/hipertexto: la segunda no elimina la primera, sino que ambos elementos funcionan en espacios mentales diferentes y dan lugar a diversos tipos de operaciones cognitivas”. Si bien es importante saber buscar y localizar bancos de información que enriquezcan y apoyen los procesos de aprendizaje, es necesario replantear las maneras en que los alumnos pueden adquirir conocimientos e informaciones sin perder de vista que en toda situación didáctica el centro deberá ser el estudiante. El aprendizaje ya no es el mismo cuando está soportado con las nuevas tecnologías; el diseño conceptual para introducir estas tecnologías al servicio de la educación es una tarea primordialmente pedagógico-comunicacional para la que se debe evaluar la introducción de nuevas tecnologías no solamente desde su aplicación educativa sino también desde su función comunicativa. En todos estos sistemas sucede lo mismo: el aprendizaje se da en la medida en que el individuo se siente involucrado y en este sentido es que el ambiente mediado por tecnologías provoca procesos de aprendizaje. No es la tecnología sino el uso didáctico, combinado con la práctica con/sobre medios (Aedo, 2002).. 7.

(17) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. En Cuba, la incorporación de las TIC a los procesos de enseñanza ha implicado cambios trascendentales en la actividad académica en las universidades. Sin dudas las necesarias modificaciones en el proceso educativo han incluido transformaciones de los medios de enseñanza, los modelos de enseñanzaaprendizaje y en los programas curriculares universitarios. Adicionalmente, es evidente que el modo de actuar del profesional cubano se ha enriquecido con el uso de los nuevos programas de simulación y modelado en entornos virtuales para la creación, estudio y análisis de procesos, sistemas y componentes de máquinas y equipos.. 1.2 El software educativo aplicado al estudio de la ciencia El software ha ido conquistando diferentes dominios de aplicación en los que se ha ido afianzando hasta el punto de hacerse imprescindible en nuestra sociedad actual, a la que gusta denominar Sociedad de la Información que camina hacia una Sociedad del Conocimiento. En esta conquista del conocimiento hay una relación simbiótica entre tecnología y educación que se hace patente desde prácticamente el origen del software de aplicación. La imparable evolución de las TIC como se ha venido explicando, ha influido de forma positiva en el desarrollo de los paradigmas instruccionales. Asimismo, esa asimilación de los avances por este dominio de aplicación ha repercutido positivamente en el desarrollo de la Informática Educativa (Vassileva, 1997). La naturaleza del software educativo ha evolucionado a través de su historia, aportando cada vez más prestaciones y facilidades a los procesos educativos. Tuvo sus inicios hacia 1958 con la elaboración del primer programa para la enseñanza dedicado a la aritmética binaria, desarrollado por Raht y Anderson, ya en el año 1972 el gobierno de los EE.UU. concedió, a través de la American Nacional Science Foundation (ANSF), 10 millones de dólares a dos compañías privadas; Control Data Corporation (CDC) y Mitre Corporation (MC), con el fin de lograr sistemas para la enseñanza asistida por computadoras, aplicables a nivel nacional. De ese proyecto nació la primera versión de PLATO (Programmed Logia for Automatic Teaching Operations) (Sadosky, 2004).. 8.

(18) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. El software educativo se puede definir como: programas de ordenador creados con la finalidad específica de ser utilizados como medio didáctico, es decir, para facilitar los procesos de enseñanza y aprendizaje. Básicamente se caracteriza por propiciar la creación de un contexto adecuado para la construcción y transmisión de conocimiento en el momento que se integra en el proceso educativo adecuado (Peñalvo, 2002). Hasta el año 2003, existían dos tipos de software educativos (Marqués, 2004):  Algorítmicos, donde predomina el aprendizaje vía transmisión del conocimiento, pues el rol del alumno es asimilar el máximo de lo que se le transmite. Considerando la función educativa se puede clasificar en: •. Sistemas tutoriales: Sistema basado en el diálogo con el estudiante, adecuado para presentar información objetiva, tiene en cuenta las características del alumno, siguiendo una estrategia pedagógica para la transmisión de conocimientos.. •. Sistemas entrenadores: Se parte de que los estudiantes cuentan con los conceptos y destrezas que van a practicar, por lo que su propósito es contribuir al desarrollo de una determinada habilidad intelectual, manual o motora, profundizando en las dos fases finales del aprendizaje: aplicación y retroalimentación.. •. Libros electrónicos: Su objetivo es presentar información al estudiante a partir del uso de texto, gráficos, animaciones y videos pero con un nivel de interactividad y motivación que le facilite las acciones que realiza..  Heurísticos, donde el estudiante descubre el conocimiento interactuando con el ambiente de aprendizaje que le permita llegar a él. Considerando la función educativa se puede clasificar en: •. Simuladores: su objetivo es apoyar el proceso de enseñanza-aprendizaje, semejando la realidad de forma interactiva.. •. Juegos educativos: tienen como objetivo llegar a situaciones entretenidas y excitantes, sin dejar en ocasiones de simular la realidad.. 9.

(19) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. •. Sistemas expertos: Programa de conocimientos intensivo que da la posibilidad de resolver problemas que normalmente requieren de la pericia humana. Ejecuta un conjunto de funciones secundarias de manera análoga a un experto.. •. Sistemas tutoriales inteligentes de enseñanza: Despiertan mayor interés y motivación, puesto que pueden detectar errores, clasificarlos, y explicar por qué se producen, favoreciendo así el proceso de retroalimentación del estudiante.. A partir del 2004 surge una nueva tendencia, que es la de integrar en un mismo producto, todas o algunas de estas tipologías de software educativos. A este nuevo modelo de software se le ha denominado:  Hiperentorno educativo o de aprendizaje: Sistema informático que contiene una mezcla de elementos representativos de diversas tipologías de software educativo. Esta última modalidad de software ha introducido cambios significativos en el modo de aprendizaje de la ciencia e ingenierías. En la vida cotidiana se tiende a establecer relaciones cualitativas entre los hechos que escasamente somos capaces de cuantificar. Sin embargo, la ciencia se caracteriza por el uso de operaciones cuantitativas precisas, que determinan no sólo si existe una relación entre dos hechos sino también en qué cantidad existe. El conocimiento cotidiano recurre a reglas simplificadoras o aproximativas mientras la ciencia usa estructuras precisas y complejas. Esta restricción de funcionamiento cognitivo limita las posibilidades de comprender algunos principios básicos en áreas como la Química y la Física, traducidos en leyes de conservación, que se alejan bastante de los esquemas simplificadores de gasto y consumo propios del conocimiento cotidiano en nuestra cultura, y que requieren concebir las relaciones y procesos científicos en el marco de sistemas complejos, que exigen además una cuantificación precisa y rigurosa. Por tanto, podemos llegar a la conclusión de que el software educativo orientado al aprendizaje de la ciencia está destinado, en este sentido, a mediar entre la alta curva. 10.

(20) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. de rendimiento que exige la comprensión de las teorías científicas y los modos de aprendizaje de los estudiantes. La aplicación del software educativo en el área de las ciencias no se centra solamente en el contexto de un contenido específico o en el aprender de la ciencia en cuestión, sino que significa la integración fluida de un conjunto de nuevas herramientas que apoyan los métodos para construir conceptos y procesos científicos. Estas herramientas permiten registrar y concretar procesos típicos de la ciencia como el análisis, recolección, análisis e interpretación de datos, contrastación de hipótesis, etc. La idea es utilizarlas como un microscopio digital, que abre las perspectivas a un mundo globalizado, que incrementa la construcción de los conceptos científicos al ofrecer nuevas formas para comprender fenómenos de la naturaleza y que también presenta nuevos desafíos para la ciencia y la tecnología (Martínez, 2012).. 1.3 Los laboratorios virtuales en la enseñanza de la Química La utilización de recursos didácticos diversificados es de fundamental importancia para la enseñanza de la Química, una vez que puede auxiliar a los alumnos en la comprensión de conceptos químicos abstractos, al mejorar las representaciones químicas y gráficas de los fenómenos microscópicos. Para tal, se pueden utilizar ambientes virtuales de aprendizaje diversos tales como las plataformas e-learning, desarrolladas para la gestión, transferencia y evaluación de la información a través de la web y principalmente simulaciones de prácticas de laboratorio porque posibilitan un ambiente educacional interactivo que dispone de herramientas visuales, audiovisuales y que ofrecen actividades educacionales que facilitan el entendimiento de conceptos químicos (Ferreira, 2009). La realización de prácticas en laboratorios, es uno de los objetivos más importantes que debe perseguir la enseñanza de la Química ya que además de ayudar a comprender los conceptos, permite a los alumnos incursionar en el método científico, todas las prácticas en los laboratorios reales o virtuales, requieren que el estudiante desarrolle capacidades y destrezas como la autopreparación, mediante una serie de. 11.

(21) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. documentos impresos o electrónicos, la ejecución, la obtención de resultados, su evaluación y comunicación a través de un informe u otras vías. Los laboratorios virtuales constituyen simulaciones de prácticas manipulativas que pueden ser hechas por el estudiante lejos de la universidad y del docente. Estos laboratorios comenzaron a desarrollarse en 1997 en el Centro de Investigación Académica de la Universidad Estatal a Distancia de Costa Rica. Si se juzga con base en la información disponible en Internet, fueron de los primeros laboratorios virtuales para la enseñanza a distancia a nivel mundial (Piñeiro, 2012). Dichas herramientas transforman al trabajo de laboratorio real y sus precauciones por accidentes en una opción de aprendizaje donde el alumno puede equivocarse y repetir la práctica con una inversión por demás baja, que no sería posible en un laboratorio real. El uso de este medio, tiende a cambiar la imagen negativa que el alumno tiene de la Química, así la recibe de una manera más interesante buscando explorar el nuevo ambiente. La realización de experimentos químicos sin la necesidad de comprar equipos y materiales químicos, que resultan costosos o peligrosos, brinda algunas ventajas que impactan en el proceso de aprendizaje. Experimentar dicha ciencia a través de simulaciones en una computadora y, sobre todo, resolviendo problemas previos permite, según (Domínguez, 2012): • Promover en los estudiantes el autoaprendizaje y la aplicación de las capacidades de análisis, síntesis y evaluación. • Fomentar el pensamiento crítico usando los laboratorios virtuales y la estrategia de aprendizaje basado en problemas con situaciones semejantes a los reales. • Favorecer la adquisición de técnicas de aprendizaje, con la posibilidad de transferencia a otras áreas. El uso de los laboratorios virtuales como herramientas para la experimentación virtual de procesos trae arraigado consigo una serie de desventajas que, a nuestro criterio, deben tenerse presente mientras se hace uso de este tipo de software educativo.. 12.

(22) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. Como aspectos menos favorables o desventajas, pueden señalarse las siguientes (Gómez, 2011): • El estudiante no se enfrenta a todas las posibilidades de errores o malas operaciones. Es muy difícil simular todas las situaciones anormales de operación y errores en el trabajo con el objeto de estudio, lo que significa no adquirir suficientes habilidades para la toma de decisiones ante hechos anormales. • No se adquieren o ejercitan las habilidades relacionadas con la operación de los instrumentos y el objeto de estudio. El desarrollo de software educativo en Cuba ha incluido también la implementación de varios laboratorios virtuales tanto en universidades como empresas, algunos de los ejemplos que podemos citar son: •. “Laboratorio virtual de Geometría descriptiva” del autor José Eduardo Márquez Delgado, Universidad de Granma.. •. “Laboratorio virtual asistido con Matlab para un sistema multivariable industrial” del autor Secundino Marrero Ramírez, Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, Holguín.. •. “El uso de los laboratorios virtuales en la asignatura bioquímica como alternativa para la aplicación de las tecnologías de la información y las comunicaciones” de los autores Annette Sanz Pardo y Juan Luis Martínez Vázquez, Universidad de Oriente.. •. “Laboratorios virtuales en la Universidad virtual del CITMA” de los autores Francisco A. Fernández Nodarse y Edwin Pedrero González, empresa “CITMA”.. •. “Laboratorios virtuales para el tema “Purificación de sustancias” en un laboratorio químico del autor Sergio Pérez-Borroto Martínez, UCLV.. •. “Simulación de prácticas de laboratorio como apoyo al proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química General” del autor Johinell Molina Rodríguez, UCLV.. 13.

(23) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. 1.4 La herramienta de Adobe Flash Professional CS5.5 Adobe Flash Professional es el nombre o marca comercial oficial que recibe uno de los programas más populares de la casa Adobe. Se trata de una aplicación de creación, manipulación de gráficos vectoriales con posibilidades de manejo de código mediante un lenguaje de scripting llamado ActionScript. Flash es un estudio de animación que trabaja sobre fotogramas y está destinado a la producción y entrega de contenido interactivo para diferentes audiencias. Originalmente, Flash no fue un desarrollo de Adobe, sino de una pequeña empresa llamada. FutureWare. Software. y. el. nombre. original. del. programa. fue. FutureSplashAnimator. En diciembre de 1996 Macromedia adquiere FutureWare Software y con ello su programa de animación vectorial que pasa a ser conocido como Flash 1.0. En 2005, Adobe compra a Macromedia y, junto con ella, sus productos, entre ellos Flash, por lo que cambia su nombre a Adobe Flash (Pimentel, 2012). Esta potente herramienta es capaz de diseñar gráficas de vectores, gráficas definidas como puntos y líneas en lugar de píxeles. Es decir, los vectores son como un conjunto de instrucciones matemáticas que por medio de valores le dan forma a una imagen. En versiones anteriores, Macromedia hizo que Flash se extendiera más allá de las animaciones simples, convirtiéndolo en una herramienta de desarrollo completa, muy importante en la creación de elementos multimedia e interactivos para internet. Adobe, por su parte, ha hecho que Flash constituya hoy una de las mejores aplicaciones para la autoría de contenidos interactivos para la Web y una de las elegidas por los profesionales de diseño, gracias a las numerosas ventajas y opciones que ofrece. ActionScript es el lenguaje de programación que utiliza Flash desde sus inicios, siendo ejecutado mediante la máquina virtual ActionScript (AVM). A grandes rasgos, se puede decir que el ActionScript permite realizar con Flash todo lo que se proponga el diseñador, ya que ofrece el control absoluto de todo lo que rodea a un archivo Flash (Shupe, 2008).. 14.

(24) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. La primera versión del lenguaje denominada ActionScript 1.0 estaba notablemente influenciada por JavaScript y las sentencias que antes se insertaban desde un menú desplegable ya podían escribirse libremente en un editor de texto. Posteriormente, en su versión 2.0, el lenguaje incorporaba un modelo más fiel a la programación orientada a objetos (POO) y características como la escritura estricta de datos que los convertían en un lenguaje más potente y profesional, pero es sin dudas la aparición en el año 2006 de la versión 3 de ActionScript lo que significó una verdadera revolución del lenguaje. Algunas de sus características más notables son (Calderone, 2008): •. Posee una nueva máquina virtual denominada AVM2 que utiliza un nuevo conjunto de instrucciones de código de bytes y proporciona importantes mejoras de rendimiento.. •. Una base de código de compilador más moderna que realiza mejores optimizaciones que las versiones anteriores del compilador.. •. Una interfaz de programación de aplicaciones (API) ampliada y mejorada, con un control de bajo nivel de los objetos y un auténtico modelo orientado a objetos.. •. Una API XML basada en la especificación de ECMAScript para XML (E4X) (ECMA-357 edición 2). E4X es una extensión del lenguaje ECMAScript que añade XML como un tipo de datos nativo del lenguaje.. •. Un modelo de eventos basado en la especificación de eventos DOM (modelo de objetos de documento) de nivel 3.. Tanto las versiones de Adobe Flash CS5 y C5.5 incorporan una serie de mejoras en la interfaz con relación a las versiones CS3 y CS4. El soporte a la escritura de código ha sido mejorado con la incorporación de nuevas utilidades, como la inserción automáticas de las llaves de cierre ( } ) y la activación de sugerencias de código para funciones personalizadas. Otro avance significativo de cara a la productividad consiste en la posibilidad de almacenar fragmentos de código (snippets) para reutilizarlos en diferentes proyectos. El reporte de errores también ha sido perfeccionado, permitiendo al programador desplazarse fácilmente. 15.

(25) Capítulo 1. Los laboratorios virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Química.. entre las líneas conflictivas para agilizar el proceso de depuración de código. Particularmente la versión CS5.5 consta de otras características que amenizan el trabajo con texto, por ejemplo, el hacer uso de un gestor de contenedor es para administrar el texto que no vaya a cambiar en tiempo de ejecución. La herramienta seleccionada para el desarrollo de los entornos virtuales a realizar como apoyo al aprendizaje de la Química ha sido Adobe Flash CS5.5 por todas las mejoras que introduce, tanto en su interfaz de desarrollo como en la versión lenguaje ActionScript; la versión 3.0 permitiendo satisfacer las necesidades requeridas para ambas prácticas de laboratorio.. 1.5 Conclusiones parciales Sin duda, el incesante desarrollo de las TIC ha impactado con fuerza en el mercado educativo, revolucionando el proceso de enseñanza-aprendizaje en todos los niveles de escolaridad, especialmente en el nivel superior. La enseñanza de la Química ha sido siempre un proceso complejo por disímiles razones entre las que figuran por ejemplo, la inversión que supone para un país la compra de equipos y reactivos y el alto grado de desmotivación que comienzan a mostrar los estudiantes siempre que se enfrentan al estudio de una ciencia compleja. Varios estudios han revelado que el uso de la tecnología vinculado a la enseñanza de la Química ha demostrado efectividad en el aprendizaje de la misma; motivo por el cual se han venido desarrollando desde hace algunos años un tipo de software educativo denominado “Laboratorio Virtual”, cuya función es simular un laboratorio de ensayos químicos desde un entorno virtual de aprendizaje. Si bien se encuentran limitados en la enseñanza de ciertos aspectos relacionados con la práctica experimental de la Química, cuentan con importantes ventajas dado que ofrecen más flexibilidad que un laboratorio real en la enseñanza de esta ciencia. Pueden tener diversos usos en los procesos de enseñanza y de aprendizaje dependiendo de los deseos de cada usuario y su perfil pedagógico y el rol que cumple en el proceso. Como se ha citado anteriormente, en Cuba se han venido desarrollando este tipo de aplicaciones que han servido, a grosso modo, para elevar la calidad del proceso docente educativo.. 16.

(26) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Capítulo 2 . Análisis y diseño del sistema En este capítulo se describen los elementos que han guiado el proceso de análisis y diseño de los laboratorios virtuales “Determinación del calor de reacción” y “Determinación de la cantidad de oxígeno del aire” para su uso en el estudio de la Química.. 2.1 Componentes de una aplicación multimedia Una aplicación multimedia ofrece la posibilidad de presentar la información combinando varios elementos tales como texto, imágenes, sonidos, animaciones y videos. El texto ofrece diversos tipos de informaciones; destacando la referida a los contenidos teóricos de la materia que refleje el software y es de vital importancia guiando al usuario en la navegación. Las imágenes forman parte esencial en el diseño, además, como apoyo visual para la explicación de conceptos difíciles o como parte de la información básica a ofrecer. El sonido es frecuentemente utilizado para transmitir ideas o como señal de interactividad contribuyendo a crear un ambiente agradable si se utilizan fondos musicales apropiados. La animación es utilizada para simular diversos fenómenos, funcionamiento de sistemas y para dar una sensación realista de los sucesos. El vídeo permite mostrar en la computadora aspectos de la realidad con un nivel de autenticidad similar a la TV o al cine. Resulta además un poderoso instrumento para captar la atención del usuario. Una combinación equilibrada de estos medios puede contribuir decisivamente al éxito en la transmisión del mensaje que se pretende hacer llegar.. 2.2 El Lenguaje Orientado a Objeto para el Modelado de aplicaciones Multimedia (OMMMA-L) como una extensión de UML El Lenguaje Unificado de Modelado (UML) es muy utilizado en la actualidad, por ser la mezcla eficiente y cercana a los diseñadores de una gran cantidad de estándares internacionales, básicamente es un lenguaje gráfico para visualizar, especificar, construir y documentar un sistema de software que permite describir métodos o procesos y detallar los artefactos del sistema en cuestión.. 17.

(27) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. En concordancia con el autor del libro (Fowler, 1999), UML constituye el lenguaje en el que está descrito el modelo. A pesar de todas las ventajas que ofrece UML, el mismo no permite una modelación adecuada de todos los aspectos que comprende una aplicación multimedia de una forma intuitiva y precisa, por lo que se hizo necesario el desarrollo de una extensión para este tipo de aplicaciones denominada Lenguaje Orientado a Objetos para la Modelación de Aplicaciones Multimedia (OMMMA-L), que facilita el modelado de un gran rango de aspectos de aplicaciones multimedia interactivas de una forma más integrada y comprensiva. El Lenguaje de Modelado Orientado a Objetos de Aplicaciones Multimedia (OMMMA - L) ha sido lanzado como una propuesta de extensión de UML para la integración de especificaciones de sistemas multimedia, esto es útil debido a que los modelos típicamente tienen cierto grado de estabilidad (dependiendo de la estabilidad del dominio del problema que está siendo modelado), donde el código de la interfaz de usuario sea más robusto, debido a que el desarrollador está menos propenso a "romper" el modelo mientras trabaja de nuevo en la vista. OMMMA-L está sustentado en cuatro vistas fundamentales, donde cada una se asocia a un tipo de diagrama en particular. Estas vistas son: • Vista Lógica: modelada a través del Diagrama de Clases de OMMMA-L, extendido del Diagrama de Clases de UML, utilizando las mismas notaciones, pero incorporando las clases correspondientes a las medias (imagen, texto, video, audio y animación): media continua y media discreta, generalizadas en una clase medias. Divide en dos áreas dicho diagrama: una para la jerarquía de los tipos de media y otra para la modelación de la estructura lógica del dominio de la aplicación. • Vista de Presentación espacial: modelada mediante los Diagramas de Presentación de OMMMA-L, los cuales son de nueva aparición en la extensión de UML, dado que este último no contiene un diagrama apropiado para esta tarea. Estos diagramas tienen el propósito de declarar las interfaces de usuario con un conjunto de estructuras delimitadas en tamaño y área, dividiéndose en objetos de visualización (texto, gráfico, video, animación) e interacción (scrolls, barras de. 18.

(28) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. menú, botones, campos de entrada y salida, hipertextos con hipervínculos). Estos diagramas de presentación pueden ser divididos en capas virtuales de presentación donde en cada uno de ellas sólo se haga referencia a una clase específica de componentes (por ejemplo, una vista para los objetos de visualización y otra para los de interacción, u otro tipo de división para la representación de los intereses de los desarrolladores). En la presente investigación se utiliza este tipo de vista. • Vista de Comportamiento temporal predefinido: modelada por el Diagrama de Secuencia de OMMMA-L, extendido a partir del diagrama de secuencia de UML. El Diagrama de secuencia modela una secuencia de una presentación predefinida dentro de una escena, donde todos los objetos dentro de un diagrama se relacionan al mismo eje del tiempo. En este diagrama se hace un refinamiento del eje del tiempo con la introducción de marcas de tiempo a través de diferentes tipos de intervalos; marcas de inicio y fin de ejecución que permite soportar su reusabilidad; marcas de activación y desactivación de demoras en objetos de tipo media, posibilitando la modelación de las tolerancias de la variación de las restricciones de sincronización para los objetos media; activación compuesta de objetos media para la agrupación de objetos concurrentemente activos. • Vista de Control Interactivo: modelado a través del Diagrama de Estado, extendido a partir del diagrama de estado de UML, sintácticamente igual a este último, mas con la diferencia semántica de que en el orden de unir los controles interactivos y predefinidos, no interrumpidos de los objetos, las acciones internas de estados simples tienen que llevar nombres de diagrama de secuencia en vez de diagramas de estado empotrados. A modo de resumen, en (Engels, 2004) se definen las características principales de OMMMA-L:  Soporta el modelado de los aspectos estructurales, funcionales y dinámicos de un sistema interactivo y su interfaz de usuario.  Se concentra en la funcionalidad desde la perspectiva del sistema de software.  Su sintaxis es definida explícitamente.. 19.

(29) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema..  Tiene una semántica informal e intuitiva.. 2.3 Requerimientos del sistema 2.3.1 Requerimientos funcionales  Evaluar contenidos teóricos. . Mostrar preguntas relacionadas con el contenido de la práctica de laboratorio.. . Permitir al usuario seleccionar la respuesta correcta a las preguntas sobre un conjunto de posibles respuestas.. . Ofrecer una información ampliada en dependencia de la respuesta del usuario..  Mostrar ayuda de la aplicación. . Mostrar documento de los aspectos teóricos del tema referente de la práctica de laboratorio.. . Mostrar una ayuda de trabajo con los usuarios finales de la aplicación.  Mostrar contenido multimedia. . Mostrar galería de imágenes en secuencia lineal de navegación.. . Mostrar el video relacionado con la práctica de laboratorio.. . Acceder al entorno virtual para la realización de la práctica a simular.. 2.3.2 Requerimientos no funcionales Requerimientos no funcionales de apariencia externa: El color predominante de las diferentes interfaces será el azul, principalmente en tonalidades pálidas. Los tonos grises, amarillos y verdes suaves son utilizados también en varios componentes de las interfaces de usuarios como los botones y los menús desplegables. Los iconos y elementos identificadores de las opciones de trabajo en cualquier interfaz son de colores varios, en relación a su funcionalidad. Usabilidad: El diseño del software debe garantizar que se cumplan las metas trazadas, además contará con ayudas disponibles para los usuarios quienes para utilizar el sistema deben tener conocimientos básicos en el trabajo con entornos virtuales.. 20.

(30) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Requerimientos no funcionales de software: Existe la versión compilada (.exe) que incluye el reproductor del Flash (Flash player) y la versión Shock wave flash (.swf), que no incluye el Flash player, lo que la hace ser más ligera que la anterior. En este segundo caso se requiere tener el Flash Player 10 instalado. Requerimientos no funcionales de hardware: Los requerimientos mínimos solicitados para la ejecución de la aplicación se resumen en: Procesador PENTIUM a 200 MHz de velocidad de procesamiento, 32 MB de RAM, tarjeta de video SVGA, 700 Mb de espacio libre en el disco duro, lector de CD, kit de multimedia, mouse. Requerimientos no funcionales de restricciones en la implementación: Herramienta de desarrollo de las aplicaciones: Adobe Flash CS5.5. Lenguaje de programación: ActionScript 3.0. Rendimiento: La visualización de los videos no debe ser nunca menor a 20 cuadros por segundo (fps) para no afectar su nitidez; de igual forma, la visualización de las animaciones no debe ser nunca menor a 12 cuadros por segundo (fps) porque la mayoría de las personas podrán detectar un parpadeo en el momento en que se muestre la secuencia de imágenes y disminuirá la ilusión de un movimiento realista. El tiempo de visualización de las medias no debe exceder los 5 segundos. El tiempo de ejecución de un hipervínculo entre las medias no debe superar los 3 segundos. El tiempo de procesamiento de la evaluación de los pre-requisitos no debe ser superior a 10 segundos. El tiempo de procesamiento y visualización de los resultados finales de la práctica no debe ser mayor a 10 segundos. Estas especificaciones de tiempo son formuladas para lograr que nuestro producto no resulte tedioso y aburrido para el usuario.. 2.4 Descripción del sistema Un subsistema no es más que una agrupación de elementos, algunos de los cuales constituyen una especificación del comportamiento de los otros elementos contenidos. El diseño del sistema en cuestión está compuesto por tres subsistemas que facilitan la organización de los modelos en unidades más pequeñas tributando a mejorar su comprensión, desarrollo y reutilización.. 21.

(31) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Fig. 2.1 Diagrama de subsistemas del sistema Subsistema “Práctica de laboratorio”: Agrupa todos los casos de uso relacionados con el comportamiento interactivo durante la simulación de la práctica de laboratorio. Subsistema “Galería”: Contempla el comportamiento de la visualización de imágenes y videos relacionados con la práctica real, como medio de apoyo al dominio y entendimiento de la práctica de laboratorio. Subsistema “Documentos”: Comprende la visualización del contenido teórico de la práctica de laboratorio. 2.4.1 Actores del sistema En el Lenguaje Unificado de Modelado (UML), un actor "especifica un rol jugado por un usuario o cualquier otro sistema que interactúa con el sujeto." Un actor modela un tipo de rol jugado por una entidad que interactúa con el sujeto; pero que es externo a dicho sujeto. Los actores pueden representar roles protagonizados por usuarios humanos, hardware externo, u otros sujetos y no necesariamente representan una entidad física específica, sino simplemente una faceta particular (es decir, un "rol") de alguna actividad que es relevante a la especificación de sus casos de uso asociados. Así, una única instancia física puede jugar el rol de muchos actores diferentes y, asimismo, un actor dado puede ser interpretado por múltiples instancias diferentes.. 22.

(32) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Actor Usuario. Justificación Representa al usuario (estudiante o profesor) que interactúa con el laboratorio virtual. Tabla 2.1 Actores del sistema. 2.4.2 Casos de uso del sistema Los casos de uso son fragmentos de funcionalidad del sistema que describen una secuencia determinada de eventos que realiza un actor en interacción con el sistema. Se pueden definir además como una descripción de una secuencia de acciones, incluyendo variantes, que ejecuta un sistema y produce un resultado observable para un actor particular. A continuación se presentan los diagramas de casos de uso del sistema y la descripción de cada uno agrupados por subsistemas.. Diagramas de casos de uso del sistema correspondientes a la aplicación: Práctica de laboratorio virtual “Determinación del calor de reacción”.. Fig. 2.2 Diagrama de casos de uso del subsistema “Práctica de laboratorio”.. 23.

(33) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Fig.2.3 Diagrama de casos de uso del Subsistema “Documentos”.. Fig.2.4 Diagrama de casos de uso del Subsistema “Galería”.. Subsistema Práctica de laboratorio (“Determinación del calor de reacción”): Nombre del caso de uso: Comenzar práctica. Actor Usuario Propósito Permitir la entrada al laboratorio virtual Resumen El caso de uso se inicia cuando el usuario hace clic sobre el botón Comenzar, posibilitando la entrada al entorno del laboratorio virtual en donde se desarrollará la práctica. Curso normal de los Eventos Acciones del Actor Respuesta del Sistema 1 El usuario pulsa sobre el 1.1 El sistema da entrada al entorno del botón Comenzar laboratorio virtual donde se desarrollará la práctica, mostrando los elementos interactivos que podrán ser utilizados en la misma. Tabla 2.2 Descripción del caso de uso “Comenzar práctica”. 24.

(34) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Nombre del caso de uso: Medir volumen. Actor Usuario Propósito Seleccionar el utensilioy medir el volumen especificado en la técnica operatoria que está siendo ejecutada. Resumen Curso normal de los Eventos Acciones del Actor 1 El usuario selecciona el utensilio adecuado para medir el volumen 2 El usuario hace clic una de las opcionespara elegir el volumen correcto.. El usuario selecciona el utensilio y elige el volumen correcto. Respuesta del Sistema 1.1 El sistema muestra un cuadro de selección con un conjunto de posibles volúmenes a seleccionar. 2.1 El sistema muestra una animación del nivel de la sustancia subiendo por el utensilio hasta llegar al volumen seleccionado.. Curso alternos de los Eventos Acción Curso alterno 2.1 Si el usuario selecciona un valor de medida incorrecto el sistema muestra un mensaje de error y le permite rectificar su selección. Tabla 2.3 Descripción del caso de uso “Medir volumen” Nombre del caso de uso: Medir temperatura. Actor Usuario Propósito Conocer la temperatura de una o varias sustancias reaccionantes. Resumen El usuario determina la temperatura de las sustancias que van siendo añadidas al calorímetro. Curso normal de los Eventos Acciones del Actor Respuesta del Sistema 1 El usuario hace clic en el 1.1 El sistema muestra una vista ampliada del botón “Medir Tº”. termómetro digital donde se muestra el ascenso o descenso de la temperatura Curso alternos de los Eventos Acción Curso alterno. Tabla 2.4 Descripción del caso de uso “Medir temperatura”. Nombre del caso de uso: Utilizar pipeta aforada. Actor Usuario Propósito Pipetear una cantidad determinada de una. 25.

(35) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Resumen. Curso normal de los Eventos Acciones del Actor 1 El usuario hace clic en el utensilio adecuado, o sea la pipeta 2 El usuario selecciona la pipeta adecuada 3 El usuario hace clic en el botón “aceptar” del mensaje 4 El usuario hace clic en el botón “pipetear” 5 El usuario da clic en el botón “aceptar”. sustancia El usuario puede utilizar una o varias pipetas aforadas para extraer unacantidad de una sustancia determinada. Respuesta del Sistema 1.1 El sistema muestra un cuadro de selección donde se muestran pipetas de diferentes capacidades 2.1 El sistema muestra un mensaje avisando que la selección fue correcta 3.1 El sistema posiciona la pipeta seleccionada en el lugar donde se va a realizar la operación y muestra el botón “pipetear” 4.1 El sistema ilustra una animación donde se ven una manos realizando la técnica 4.2 Terminada esta técnica el sistema muestra el botón “añadir” 5.1 El sistema ilustra otra animación donde se deposita la sustancia que se encuentra en la pipeta, concluyendo así dicha operación.. Curso alternos de los Eventos Acción 2.1. Curso alterno Si el usuario selecciona una pipeta aforada incorrecta el sistema muestra un mensaje de error y le permite rectificar su selección. Tabla 2.5 Descripción del caso de uso “Utilizar pipeta aforada”.. Nombre del caso de uso: Determinar capacidad calorífica. Actor Usuario Propósito Determinar la constantedel calorímetro. Resumen El usuario debecalcular el valor de la constante para el calorímetro utilizado. Curso normal de los Eventos Acciones del Actor Respuesta del Sistema 1- El usuario hace clic en 1.1 El sistema muestra una interfaz que elbotón “Determinar C”. permite introducir los valores de temperatura 2- El usuario introduce los obtenidos de las mediciones realizadas hasta valores y da clic en el botón el momento. “Aceptar” 2.1 El sistema brinda una nueva interfaz que 3 - El usuario pulsa el da la posibilidad de registrar el valor del calor botón“Aceptar” liberado (Q) a partir de los gráficos que se 4 - El usuario pulsa el botón ofrecen.. 26.

(36) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. “siguiente” para continuar con los cálculos. 5 – El usuario presiona el botón calcular y obtiene la constante del calorímetro.. 3.1 El sistema muestra el valor numérico que el usuario ingresó, lo divide entre 100 y muestra el nuevo valor numérico. 4.1 El sistema muestra una nueva interfaz donde el usuario pude visualizar nuevamente los valores calculados e ingresar el valor de la masa en un campo de texto.. Curso alternos de los Eventos Acción 3.1. Curso alterno En caso de error el sistema ofrece la posibilidad de volver a calcular el calor liberado (Q). Tabla 2.6Descripción del caso de uso “Determinar capacidad calorífica”.. Subsistema Galería : Nombre del caso de uso: Consultar galería de imágenes Actor Usuario Propósito Mostrar al usuario imágenes asociadas a la práctica de laboratorio virtual. Resumen El caso de uso inicia cuando el usuario presiona sobre los botones “Galería” y luego “Imágenes”, accediendo a la galería de imágenes asociadas a la práctica de laboratorio virtual. Curso normal de los Eventos Acciones del Actor. Respuesta del Sistema. Tabla 2.7 Descripción del caso de uso Consultar galería de imágenes Nombre del caso de uso: Consultar galería de video Actor Usuario Propósito Mostrar al usuario el video referentea la práctica de laboratorio virtual. Resumen El caso de uso inicia cuando el usuario presiona sobre los botones “Galería” y luego “Video”, accediendo a la galería de imágenes asociadas a la práctica.de laboratorio virtual.. 27.

(37) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. 1 -El usuario presiona sobre los 1.1 El sistema muestra una galería de botones “Galería” y luego imágenes relacionadas con el tema en “Video”. cuestión. Tabla 2.8 Descripción del caso de uso Consultar galería de video. Subsistema Documentos : Nombre del caso de uso: Consultar“Ayuda” Actor Usuario Propósito Mostrar ayuda detallada del trabajo con la aplicación. Resumen El caso de uso inicia cuando el usuario presiona el botón Aplicación, mostrándose una ayuda detallada del trabajo con la aplicación. Curso normal de los Eventos Acciones del Actor Respuesta del Sistema 1 El actor presiona el botón 1.1 El sistema muestra una ayuda detallada “Ayuda”. sobre el trabajo con la aplicación. Tabla 2.9 Descripción del caso de uso Consultar "Ayuda". Nombre del caso de uso: ConsultarAspectos teóricos Actor Usuario Propósito Mostrardetallada del trabajo con la aplicación. Resumen El caso de uso inicia cuando el usuario presiona el botón Aplicación, mostrándose una ayuda detallada del trabajo con la aplicación. Curso normal de los Eventos Acciones del Actor Respuesta del Sistema 1 El actor presiona el botón 1.1 El sistema muestra el contenido teóricode “Ayuda”. la práctica. Tabla 2.10 Descripción del caso de uso Consultar "Aspectos teóricos".. 2.4.3 Modelo de Implementación El modelo de implementación describe cómo se implementan los elementos del modelo de diseño en términos de componentes y, a su vez, cómo se organizan y se relacionan dichos componentes unos con otros. Un componente se define como el empaquetamiento físico de los elementos de un modelo, como es el caso de las clases del modelo de diseño.. 28.

(38) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Fig.2.5 Diagrama de componentes de la práctica “Determinación del calor de reacción”. 2.4.4 Diagramas de actividades Es sumamente ventajoso representar los flujos de eventos a través de diagramas de actividades dado que permiten visualizar mejor los flujos y ayudan al entendimiento del equipo de desarrollo.. 29.

(39) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Fig.2.6 Diagrama de actividades del caso de uso “Utilizar pipeta aforada” de la práctica “Determinación del calor de reacción”.. 2.4.5 Diagramas de presentación Se trata de un artefacto nuevo dentro del lenguaje UML, incorporado a este a partir de la extensión, planteada por OMMMA–L; sirve para describir la parte estática del modelo a través de una descripción intuitiva de la distribución espacial de objetos visuales de la interfaz de usuario, los clasifica según sus posibilidades de interacción con el usuario; e incorpora una nueva vista del sistema no existente en el UML estándar sino en OMMMA–L, denominada Vista de Presentación. Aunque UML especifica una propuesta de interfaz de usuario en sus requisitos no funcionales, no es un aspecto de fuerte medición ni consideración en el análisis de la arquitectura del software. Es de suma importancia la previa definición de los elementos contenidos en el modelo de objetos creado preliminarmente para la concepción de la nueva vista incorporada.. 30.

(40) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Fig. 2.7 Vista de presentación de la interfaz principal.. Fig.2.8 Vista de presentación del subsistema Galería de la práctica “Determinación de la cantidad de oxígeno del aire”.. 2.5 Uso de Flash y ActionScript 3.0 en los productos desarrollados A continuación se resumen algunas de las funciones globales de ActionScript 3.0 utilizadas en la implementación de los laboratorios virtuales, así como ejemplos de códigos específicos donde se utilizan las mismas:. 31.

(41) Capítulo 2. Análisis y diseño del sistema.. Función fscommand (command:String, parameters:String). gotoAndStop ([scene:String], frame:Object). stop(). Event.ENTER_FRAME. Descripción Permite que el archivo SWF se comunique con Flash Player o con el programa que aloja Flash Player, por ejemplo, un navegador Web. Envía la cabeza lectora a un fotograma determinado de una escena determinada y detiene la reproducción en ese punto. Detiene el archivo SWF que se está reproduciendo. Controlador de eventos que se invoca de forma continua a la velocidad de los fotogramas del archivo SWF. Las acciones asociadas con el evento de clip enterFrame se procesan antes que cualquiera de las acciones de fotogramas asociadas a los fotogramas afectados.. Ejemplo function Salir(event):void { fscommand("quit"); }. Acción Cierra la aplicación cuando se hace clic sobre el botón “salir_btn”.. function IrInicio(event):void { gotoAndStop(1, "Inicio"); }. Esta función dirige la cabeza lectora hacia el primer fotograma de la escena”Inicio”. stop(). Para detener la cabeza lectora en dicha posición. El evento Event.ENTER_ FRAME provoca que a mientras se reproduzca la animación se ejecute la función “cambiarBrillo”. modificando así la intensidad del resplandor de la llama del mechero. mechero_mc.fuego_ mc.addEventListener( Event.ENTER_FRAM E, cambiarBrillo); function cambiarBrillo(event):v oid. 32.