Producción y desarrollo de material docente dinámico, interactivo y adaptativo para la enseñanza de la familia de protocolos TCP/IP a través de la plataforma telemática educativa PLAN-G


Clara Ines Peña de Carrillo
Universidad de Girona
Departamento de Electrónica, Informática y Automática
Grupo de Comunicaciones y Sistemas Distribuidos
España
clarenes@eia.udg.es
Ramón Fabregat Gesa
Universitat de Girona
Escuela Politécnica Superior
Departamento de Informática y Automática
Grupo de Comunicaciones y Sistemas Distribuidos
España
ramon@eia.udg.es

 
Jose Luis Marzo Lazaro
Universitat de Girona
Escuela Politécnica Superior
Departamento de Informática y Automática
Grupo de Comunicaciones y Sistemas Distribuidos
España
marzo@eia.udg.es
Eugenia Luz González
Universidad Nacional de Tucumán
Argentina
eugeluz@unt.edu.ar

Resumen:

Las nuevas tecnologías de la información y de las telecomunicaciones, principalmente las tecnologías audiovisuales, informáticas, telemáticas y multimedia han permitido reconsiderar y potenciar los sistemas de enseñanza- aprendizaje aplicados en entornos sin barreras de lugar ni de tiempo. Este trabajo presenta el diseño y desarrollo de un curso dinámico, interactivo y adaptativo con tecnología web, para enseñar la familia de protocolos TCP/IP teniendo en cuenta diferentes estilos de aprendizaje. Para su diseño e implementación fue fundamental el trabajo cooperativo desarrollado en forma local y a través de Internet con estudiantes de diferentes asignaturas de redes de computadores y proyectos final de carrera. Los contenidos se generaron combinando formatos multimedia apropiados y eficientes para su integración en el sistema hipermedia educativo USD de la plataforma telemática PLAN-G.
 

1. Introducción

Actualmente estamos generando material docente multimedia para experimentar con la plataforma telemática PLAN-G desarrollada en esta universidad con el fin de impartir educación abierta y a distancia aprovechando las redes de computadores y especialmente la red Internet.

Las Unidades de Soporte a la Docencia (USD) (Fabregat, Marzo, Peña, 1999) creadas dentro del proyecto PLAN-G y con tecnología web, son un sistema hipermedia educativo adaptativo que ofrece un conjunto de herramientas para permitir a los profesores crear y editar materiales docentes, transferir, organizar y gestionar los archivos de estos materiales, generar y gestionar diferentes tipos de ejercicios interactivos, crear y gestionar las unidades docentes y por supuesto, permitir a los estudiantes navegar sobre los contenidos y realizar actividades de aprendizaje con la ayuda de eficientes y atractivas herramientas de navegación (Peña, Fabregat, Marzo, 2000).

Para la implementación de los diferentes módulos de las USD se utilizaron lenguajes como el HTML y DHTML, hojas de estilo, JavaScript, CGIs en C++ y Java, applets de Java y una base de datos relacional de altas prestaciones.

Se han tenido en cuenta diferentes tipos de contenidos para hacer el sistema USD adaptativo a los estilos de aprendizaje de los estudiantes que lo utilizan, por lo tanto, estamos realizando seguimiento al conocimiento del estudiante para ofrecerle una enseñanza personalizada.

Un estilo de aprendizaje hace referencia a los patrones preferidos por el estudiante para percibir la información desde el exterior, para relacionar los diferentes conceptos, y para realizar los procesos de pensar, comparar, recordar y resolver problemas (O’Neil, 1978). Es así como existen estudiantes que “aprenden haciendo”, mientras otros lo hacen leyendo conceptos, teorías y algoritmos abstractos. Unos prefieren trabajar individualmente y otros obtienen mejores resultados trabajando en grupo. Por lo tanto, sería ideal que el profesor antes de proponer su material de enseñanza y las actividades de aprendizaje, conociera el perfil de sus estudiantes para poder ofrecer los contenidos idóneos a sus requerimientos.

El sistema USD del PLAN-G se basa en el modelo de Felder (Felder 1996) para categorizar los estudiantes de acuerdo a su estilo de aprendizaje. Este modelo, considera cinco categorías:

Considerando los diferentes estilos de aprendizaje se generaron materiales compuestos por textos, imágenes, animaciones, simulaciones, laboratorios virtuales y glosarios de términos. Para explotar algunas de las herramientas de interactividad ofrecidas por el entorno de navegación de las USD, se desarrollaron también contenidos para trabajar con pizarras compartidas.

Para evaluar el conocimiento, se prepararon ejercicios interactivos de respuesta cerrada como los de seleccionar la respuesta correcta, asociar “arrastrando” objetos, asociar con líneas, ordenar párrafos y completar frases.

La bibliografía especializada y particularizada por conceptos se seleccionó y analizó cuidadosamente para permitir su acceso a través de la correspondiente herramienta de navegación del escritorio virtual de las USD.

El estudiante tendrá oportunidad de acceder desde su entorno de aprendizaje: al catálogo de la biblioteca de la universidad para reservar automáticamente los libros que desee revisar para consulta; a las bibliotecas digitales o revistas digitales para “descargar” por la red los documentos que desee; o al “bibliotecario en línea” que atenderá consultas sobre ciertos temas bibliográficos.

Es importante resaltar la labor de trabajo colaborativo llevada a cabo durante la generación de estos materiales, ya que algunos de ellos fueron realizados por estudiantes de las diferentes asignaturas relacionadas con redes de computadores, así como de proyectos final de carrera de estudiantes locales y de algunos estudiantes de iberoamérica (Morales, 2000) (Gonzalez, 2000), todos ellos dirigidos y coordinados por profesores de esta universidad. Se valoró ampliamente la utilización de la red Internet y sus servicios de correo electrónico, charla interactiva y transferencia de archivos que facilitaron el diseño e implementación de la información.

A continuación se presentan en detalle diferentes temas relacionados con lo que fue el diseño, creación e integración de este material en las USD del PLAN-G. Comenzamos en la sección 2, con una introducción a las características más relevantes de los sistemas hipermedia educativos adaptativos en los que se presenta como ejemplo las USD del PLAN-G. En la sección 3, hacemos una revisión sobre el uso de los medios y formatos para generar materiales didácticos multimedia orientados a diferentes estilos de aprendizaje. En la sección 4, presentamos las diferentes facetas seguidas en la generación del material para enseñar la familia de protocolos TCP/IP y su integración en las USD. Finalmente mediante las conclusiones y trabajo futuro resaltamos los aspectos más relevantes del trabajo descrito y hacemos referencias al progreso de nuestra investigación orientada a la utilización de estándares en la construcción de materiales de aprendizaje y a la implementación de un sistema multiagente inteligente para mantener el modelo del estudiante y asistirlo durante el aprendizaje.
 

2. Sistemas hipermedias educativos adaptativos con tecnología web

El secuenciamiento del curriculo y el soporte interactivo en la solución de problemas son algunas de las características principales de los sistemas de tutoría inteligente que incorporan técnicas capaces de imitar a los profesores humanos cuando enseñan una clase o cuando asesoran individualmente a los estudiantes. Estas características son las que marcan la diferencia entre los sistemas inteligentes de aprendizaje y los sistemas tradicionales de instrucción asistida por computador.

Muchos sistemas inteligentes de aprendizaje se utilizan en el salón de clase, pero no necesariamente con las características antes mencionadas. Por ejemplo, algunos de estos solo se concentran en proporcionar la solución a ejercicios, mientras que otros pueden dar soporte durante las fases necesarias para la solución de problemas cuando se trabaja con ejercicios.

Como los sistemas de aprendizaje basados en la tecnología web, se han desarrollado principalmente para ser utilizados fuera del salón de clase, en esta situación de aprendizaje a distancia, ningun profesor está directamente disponible para poder ayudar al estudiante adaptando el número y la naturaleza de los conceptos a presentar de acuerdo a su estado de conocimiento actual. Por lo tanto, el sistema de aprendizaje debe desempeñar lo más aproximadamente posible, el papel del profesor y para eso debe: construir un modelo de estudiante que permita adaptar el curriculo a su estilo de aprendizaje, ayudar al estudiante durante la navegación a través del curso y apoyarlo individualmente cuando trabaja con ejercicios y soluciona problemas.

Los sistemas hipermedia (HMS) y los derivados sistemas multimedia (MMS) se basan en el hipertexto, que es un método no secuencial y no lineal de organizar y mostrar la información en forma de textos, gráficos, animaciones, sonido y video.

Los sistemas hipermedia suponen que la interpretación que hace un estudiante de un curso es mucho más significativa que la del experto o del autor y se basan en el diseño de la interfaz y en la provisión de herramientas avanzadas de navegación tales como mapas conceptuales o navegadores gráficos y niveles de indicadores de búsquedas, para orientar al estudiante y para permitirle la toma de decisiones teniendo en cuenta la “advertencia” sobre cómo avanzar en el tutorial (Eklund, 1995).

Los sistemas hipermedia educativos adaptativos presentan su interfaz de acuerdo a los diferentes patrones de las categorías de los estudiantes y, realizan el seguimiento a los estados de su aprendizaje para ofrecer asesoría personalizada.

2.1 Modelos de conocimiento para estructurar el hipermedia

Para que el aprendizaje sea efectivo a través de los sistemas hipermedia adaptativos, se debe estructurar el hipertexto teniendo en cuenta tanto los modelos cognitivos como el perfil de aprendizaje de los usuarios.

(Jonassen, 1992) afirma que los sistemas hipermedia son particularmente útiles para facilitar el aprendizaje, porque las estructuras hipertexto reflejan un modelo de aprendizaje basado en esquemas. En la teoría de esquemas, el aprendizaje es la acumulación y organización de estructuras de conocimiento. Estas estructuras de conocimiento son una representación de la organización de ideas en la memoria semántica del ser humano. Cada estructura de conocimiento existe como un objeto, idea o evento así como un conjunto de atributos que se enlazan a otras estructuras de conocimiento. A medida que se aprende, se obtienen nuevas estructuras y enlaces. Las nuevas estructuras y enlaces, contienen información relacionada con las estructuras existentes o alteran las estructuras existentes a través de procesos de re- estructuración. La re-estructuración también abarca el agrupamiento de estructuras de conocimiento en procedimientos o esquemas granulados. El conocimiento humano existe en una memoria semántica que es una red de conceptos inter-relacionados.

Un modelo cognitivo interesante y que será adoptado en parte para el sistema USD (que actualmente utiliza una red semántica), es el OCTR propuesto por (Chan y otros, 1993).

El modelo OCTR define cuatro etapas en el aprendizaje humano: la orientación, relacionada con el conocimiento previo, la preparación, relacionada con la adquisición del conocimiento mediante el entrenamiento, y el perfeccionamiento y rutinización, relacionadas con la práctica y la inducción de más autonomía al estudiante respectivamente.

El modelo OCTR se basa en parte en la teoría constructivista y también asume el conocimiento como un conjunto de nodos y enlaces. En la fig. 1 se puede observar, que existen enlaces débiles y enlaces fuertes. Las cuatro etapas del aprendizaje cubren la creacion de enlaces fuertes y débiles entre el conocimiento propio con el que se inicia el aprendizaje y el nuevo material.

 

Las etapas en el modelo de aprendizaje de Chan, se explican cualitativamente en términos de conocimiento a través de procesos de conexión (se crean enlaces débiles entre el antiguo y el nuevo conocimiento), de incremento (el conocimiento se expande con la creación de varios nuevos enlaces débiles), de articulación (unos enlaces se fortalecen y otros se eliminan) y de solidificación (se fortalecen las unidades y los enlaces).

2.2 Unidades de Soporte a la Docencia (USD)

En la fig. 2 se puede observar que el sistema USD tiene una arquitectura modular, compuesta en forma general por el módulo de gestión de las unidades docentes y por el módulo de navegación.

El módulo de gestión de las unidades docentes (accesible sólo a profesores y administradores del sistema) permite a través de sus diferentes herramientas crear los materiales didácticos (contenidos y ejercicios), administrar los archivos en el servidor y definir y mantener la estructura de navegación sobre dichos contenidos (construcción de la red semántica). Es el profesor el encargado de crear y mantener la red semántica de su curso con base en el secuenciamiento del curriculo.

El módulo de navegación mediante la utilización de sus diferentes herramientas permite al estudiante adquirir el conocimiento teniendo en cuenta su estilo de aprendizaje.

Todas las actividades de aprendizaje realizadas por el estudiante durante su interacción con el sistema se guardan en una base de datos relacional con el fin de mantener su perfil de aprendizaje y de generar estadísticas personalizadas sobre el conocimiento adquirido.

Las unidades de conocimiento a enseñar, estan constituidas no sólo por los contenidos descriptivos de los diferentes conceptos sino también por las estrategias pedagógicas a seguir durante la presentación de los mismos.

Una estrategia pedagógica consiste, en la utilización según el caso, de explicaciones basadas en ejemplos, o en imágenes, o en demostraciones, o en animaciones, o en simulaciones, o en ejercicios y evaluaciones, o en cualquier aplicación del tipo interactivo, que faciliten la adquisición del conocimiento a diferentes tipos de estudiantes.

La estructura curricular de un curso, dará la base para la generación de su material didáctico y por supuesto de la forma en que se aprenderá; por lo tanto, el profesor debe ser capaz de clasificar mediante conceptos los contenidos de aprendizaje y de establecer las relaciones y condiciones entre los mismos para avanzar en la adquisición del conocimiento a través del curriculo.

La fig. 3 muestra un esquema de lo que podría ser la estructura en red semantica de un curso para las USD. Aquí, los conceptos (CONCEPTO.1 ... CONCEPTO.N) forman los elementos a enseñar de la Unidad de Docencia y con el fin de aplicar la granularidad y dependiendo del caso, se han utilizado también hiperdocumentos y nodos para explicar cada concepto.

Las reglas de decisión juegan un papel fundamental a la hora de valorar el conocimiento adquirido por el estudiante, para permitir su avance en el estudio de nuevos elementos y por supuesto de nuevos conceptos, y para definir el grado de adaptatividad que tenga el material. Una regla de decisión puede ser de cualquier tipo, pero para este material, se han aplicado aquellas que siguen condiciones de pre-requisito. Por ejemplo, el sistema activará la posibilidad de ver y trabajar con los contenidos expuestos en el hiperdocumento 1.2, sólo si se han cumplido los requisitos establecidos en las reglas de decisión señaladas por la flecha que marca la transición entre el hiperdocumento 1.1 y el hiperdocumento 1.2. En forma similar funcionarían las relaciones entre nodos y entre conceptos.

Un pre-requisito puede ser del tipo “haber visitado x número de páginas de las que forman un hiperdocumento, nodo o concepto” o “haber resuelto y ejercicios del tipo A y del grado de dificultad Z” o “haber obtenido una puntuación W en la solución de problemas”, etc.

En la fig. 4 se pueden observar las fases del funcionamiento de las USD, correspondientes a la creación del material, su integración en el servidor, la construcción de la red semántica y la preparación del entorno de navegación.

3. Medios y formatos para generar materiales didácticos multimedia

Para ayudar a plantear el diseño de un material didáctico multimedia, conviene diferenciar la terminología utilizada en la definición de medios y formatos. Un medio normalmente hace referencia a la forma como se presenta el contenido de la información, y un formato, a la solución tecnológica empleada para representar dicho medio. Pueden existir también varias soluciones tecnológicas para un mismo medio y como lo explica en detalle la referencia (Area 1999), los medios más utilizados son el texto, el audio, las ilustraciones, las animaciones, el video y el software.

Las siguientes son algunas de las características de los medios también recopiladas de la referencia de Area:

Los textos son el contenido escrito de un documento y se utilizan para disminuir la ambigüedad de los mensajes y la divergencia en las interpretaciones, ya que el lenguaje verbal es una de las herramientas fundamentales del razonamiento, el conocimiento y la abstracción. Los formatos utilizados para su representación son: HTML, Word, RDF, RTF, Postscript, Ascii, etc.

El audio se utiliza para reforzar unos espacios determinados del material didáctico multimedia o para generar ambientes sicológicos específicos. Se crea por medio de voz, diálogos, música, efectos sonoros o grabaciones especialmente aplicadas en materiales para el estudio de una lengua extranjera, donde se requiere que el estudiante realice en casa ejercicios de pronunciación y de lectura y despues envie las grabaciones al profesor. El acceso al audio puede ser directo al cargarse el documento, o indirecto si el usuario debe activarlo. En cualquiera de los casos, el usuario debe estar en capacidad de controlar su funcionamiento dentro del entorno de aprendizaje. Se representa mediante formatos WAV, MIDI, Real Audio, etc.

Las ilustraciones son todas las imágenes fijas que se incorporan al material y sirven para enriquecerlo provocando impacto, presentando de manera rápida y concisa información compleja, complementando informaciones, reforzando contextos, etc. Tienen el problema de ofrecer mucha información en poco espacio lo cual permite una múltiple interpretación de las cosas debido a su ambigüedad. Su diseño debe ser simple y de un tamaño que permita la visualización sin tener que hacer scroll. Si no son autoexplicativas se deben acompañar de un título y de un comentario. Se utilizan en formatos GIF y JPG (más usados para el web) o TIFF, PCX, CDR, WMF, etc.

Las Animaciones incorporan dinamismo y hacen los materiales más atractivos. Se parecen al vídeo pero parten de dibujos en lugar de objetos reales. La utilidad de las animaciones depende de los objetivos del material que se esté desarrollando. Se pueden presentar inactivas (cuando hay que activarlas mediante un clic) o activas (cuando se ejecutan automáticamente al acceder a las páginas que las contienen). Se representan con formatos FCC, AVI, QuickTime, WMF, etc.

El vídeo resuelve la dificultad de poder “verbalizar” los contenidos que incluyen cierta complejidad para ser explicados con otros medios. Tiene la ventaja de que aumenta la sensación de realismo y se aprovecha de la cultura audiovisual. Es importante que el usuario pueda interactuar a través de los comandos de control (para avanzar, retroceder, detener o volver a revisar cierta secuencia). Se representa con formatos AVI, RealVideo, QuickTime, etc.

El software (programas ejecutables) permite dar interactividad a un material. Se aconseja utilizarlo para generar materiales orientados a estilos de aprendizaje “constructivistas” o sea para estudiantes que “aprenden haciendo” y experimentando. Se puede representar con diferentes formatos, pero para el web se recomienda el JAVA.
 

4. Desarrollo del material didáctico para enseñar la familia de protocolos TCP/IP

TCP/IP es el nombre que normalmente se da al conjunto de protocolos utilizados para la comunicación a través de Internet. Sus características se definen en documentos RFC (Request for Comments) disponibles públicamente también en Internet y a los cuales se ha permitido el acceso desde el material generado.

Con el material didáctico para enseñar esta familia de protocolos se facilitará el estudio de las asignaturas de comunicaciones impartidas de una u otra forma en programas de algunas titulaciones de pregrado y posgrado de esta universidad, a través de las USD del PLAN-G mediante el acceso por red local o por Internet. En la fig. 5 se puede observar el entorno de navegación de las USD.

Es importante resaltar que para el aprendizaje de estos protocolos en algunas de sus etapas, el estudiante tuvo oportunidad de interactuar directamente con ellos y probar su funcionalidad en línea a través del ingreso al laboratorio virtual incluido en el material.

4.1 Herramientas utilizadas Para la generación de los contenidos de aprendizaje aplicables al entorno de las USD, se utilizaron en su mayoría editores estándar de páginas HTML. Se tuvo en cuenta la inclusión de un título (mediante el campo <title>) dentro de cada código HTML, para identificar el concepto, hiperdocumento o nodo al cual pertenecía cada página. Esta información es relevante para el sistema, porque en ella se basa para construir el mapa conceptual del curso accesible desde el entorno de navegación (ver fig. 6).

El JVS (Java Visual Sequence) (Portugal y otros, 1999), es una herramienta de autor propia de las USD que fue desarrollada en Java para permitir la generación de presentaciones interactivas. A través de ella, el material didáctico se construye mediante secuencias de fotogramas o pantallas relacionadas entre sí en las que se pueden incluir textos, líneas, flechas, cuadrados, círculos, imágenes, áreas de selección, etc., y pre- establecer recorridos especificos para un objeto o conjunto de objetos (ver fig. 7).

El JVS permitió generar aquel material de tipo interactivo que requería conexión en línea con el profesor para explicación y aclaración de conceptos específicos a través de la herramienta de pizarras compartidas residente en el entorno de navegación del estudiante (ver fig.8). El objetivo de este material fue el de promover el trabajo cooperativo síncrono entre profesores y estudiantes.

A través del compilador de ejercicios interactivos del módulo generador de contenidos (Coll y otros, 1999), se crearon los diferentes ejercicios interactivos de respuesta cerrada para permitir la auto- evaluación automática y en línea del conocimiento por parte del estudiante y para la “captura” de información que permitiera el mantenimiento del modelo del estudiante y la generación de estadísticas de aprendizaje. Para la implementación del material, el profesor solo tuvo que preparar en “borrador” su banco de preguntas y respuestas y llenar los formularios y plantillas ofrecidos por este compilador. En la fig.9 se puede observar el aspecto de las plantillas para generar ejercicios tipo test.

La fig. 10 presenta aspectos de algunos de los ejercicios preparados para este curso. Los ejercicios estarán accesibles al estudiante a través del botón de ejercicios del entorno de navegación, siempre y cuando el profesor durante la creación de la red semántica, los haya relacionado con la página actual.

En la fig. 11 se presenta un aspecto del establecimiento de relaciones de ejercicios con páginas especificas durante la creación de la red semántica del curso.

4.2 Tipos de materiales generados Siguiendo las recomendaciones de (Area, 1999) en sus publicaciones sobre tecnología educativa, hemos utilizado los siguientes medios para generar el material:


El ingreso a este laboratorio virtual se ha planteado como práctica de aprendizaje entrando a su módulo de acceso a través de una página de texto como lo muestra la (fig. 16).

5. Conclusiones y trabajo futuro

Se ha presentado mediante este trabajo el diseño e implementación de un curso para enseñar la familia de protocolos TCP/IP a través de la plataforma telemática del proyecto PLAN-G.

Se ha hecho énfasis en la forma de estructurar y de desarrollar material didáctico específico para sistemas hipermedia educativos que utilizan la tecnología web empleando diferentes tipos de medios y formatos. Las herramientas para la generación de unidades docentes de las Unidades de Soporte a la Docencia del PLAN-G (USD) facilitaron en gran parte la creación del dominio del conocimiento y las diferentes herramientas de navegación, la presentación de dicho dominio al estudiante generando un ambiente agradable durante el desarrollo de las actividades de aprendizaje.

Las USD del PLAN-G es un proyecto que trata de aprovechar las últimas tecnologias de la información y de las comunicaciones y su aplicación a la educación abierta y a distancia. Por lo tanto, es un proyecto en continuo desarrollo.

Actualmente trabajamos en la utilización de los estándares para la generación de material educativo, ya que hemos observado que organizando la información según estas normativas podemos lograr un mayor conocimiento acerca de los objetos de aprendizaje (textos, ilustraciones, etc.) que permita su intercambio a través de diferentes interacciones tecnológicas propiciando la interoperabilidad, la accesibilidad, la reusabilidad, la extensibilidad etc.

Para mejorar el modelado del estudiante y para asistir al estudiante en las diferentes facetas del aprendizaje, estamos desarrollando un sistema multiagente inteligente compuesto por agentes personales digitales (asistencia personalizada en diferentes tareas) y agentes de información (creación y mantenimiento del modelo del usuario y realización de procesos de evaluación del conocimiento) (Peña y Marzo 1999) que será probado especificamente con el material desarrollado para este curso sobre la familia de protocolos TCP/IP:
 

Bibliografía