LABORATORIO INTERACTIVO PARA PRÁCTICASDE INGENIERÍA TÉRMICA VÍA WWW

Jose Mª Cózar Bartos y José Antonio Turégano RomeroÁrea de Máquinas y Motores Térmicos (Dpto. de Ingeniería Mecánica) Centro Politécnico Superior. Universidad de Zaragoza
Javier Sarsa Garrido y Pedro Dominguez
Servicio Multimedia, Universidad de Zaragoza
María de Luna, 3 50015 Zaragoza (España)

Tfno.: +34 976 762042 Fax: +34 976 761861 e-mail: jmc@posta.unizar.es / jat@posta.unizar.es



RESUMEN

Este artículo describe la realización y la puesta en marcha de distintos mecanismos para la realización de prácticas de simulación con ordenador. Los contenidos pertenecen a las asignaturas de Ingeniería Térmica del curriculum de Ingeniería Industrial (plan de estudios de 1994). El objetivo del trabajo es crear un servidor de prácticas de simulación por computador haciendo uso de la World Wide Web que permitia a los alumnos acceder a las prácticas de forma remota y tutorías en directo y en diferido (on line y off line).

Se esplican todas las fases del proyecto, primero se comenta el papel de las nuevas tecnologías de la información aplicadas a la formación y se describen las distintas fases de implantación del proyecto prestando atención a sus aspectos básicos: equipamiento, desarrollo de la sesión y las ventajas e inconvenientes derivados de su aplicación. Posteriormente se describe la realización de las fases acabadas y una sesión de trabajo típica en el estado actual del proyecto extrayendo conclusiones de su aplicación.

ABSTRACT

This work shows the processes of development and of several ways to do lab working through computer simulation. The topics covered by simulation belongs to Thermal Engineering curriculum of Industrial Engineering (1994 plan).

The main goal is to develop one HTTP server with thermal simulation applications allowing students to have remote access and remote tutoring.

The main four stages of the project are briefly described considering its main aspects: equipment, way to work during one computer simulation session, advantages and inconvenients. Also it is analyzed the actual status of the overall project and the way to work in a simulation session during 95/96 course. At the end there are some of the main conclusions of the work.

NOMENCLATURA

La nomenclatura empleada en la descripción técnica de los componentes hace uso de las siguientes siglas y acrónimos:

HTTP: HyperText Tranfer Protocol.

HTML: HyperText Marked Lenguage.

VRML: Virtual Reality Marked Lenguage.

CGI: Common Gateway Interface.

INTRODUCCIÓN

Actualmente la incorporación de las Nuevas Tecnologías de la Formación en ámbitos científico tecnológicos se centra, de forma casi exclusiva, en la utilización del ordenador personal como herramienta de cálculo orientada a la simulación y modelización de fenómenos físicos o de instalaciones industriales (de Jong y col, 1993). El desarrollo actual de la informática, en hardware, en software y comunicaciones, permite ampliar el espectro de uso de los ordenadores incorporándolos de forma efectiva en los procesos educativos como un recurso didáctico más (Viau, 1994). En esta línea, fomentando el trabajo autónomo por parte del alumno y tratando de optimizar la utilización de los recursos informáticos en los centros, se desarrolla un conjunto de programas interactivos de simulación y un sistema de gestión que permite efectuar el control de los usuarios en distintos entornos de trabajo: puestos individuales, red local y red metropolitana.

Considerando la iniciativa puesta de manifiesto en los nuevos planes de estudio de Ingeniería Industrial de 1994 que trata de fomentar el trabajo personal del alumno en detrimento de las horas de exposición teórica en el aula. Se busca una distribución uniforme del tiempo que el alumno dedica a la asignatura y se trata de flexibilizar el horario de prácticas evitando la saturación en determinados períodos lectivos por el solapamiento con otras asignaturas (Turégano, 1994).

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

Desde 1991 en el Área de Máquinas y Motores Térmicos de la Universidad de Zaragoza se desarrolla una línea de investigación centrada en el diseño, la realización y la evaluación de software multimedia educativo en el campo de Ingeniería Térmica.

Tras el éxito alcanzado con la incorporación de diversos programas que han sido empleados como recursos didácticos durante los últimos cursos académicos (Cózar, 1995), en la actualidad se plantea el desarrollo y la adaptación del software existente de para permitir a los alumnos un acceso remoto desde distintas salas de usuarios del Centro o desde sus propios domicilios de forma que se verifiquen los requisitos necesarios de seguridad y control de acceso.

Para desarrollar distintos programas de simulación se parte de la premisa de que para la realización software educativo fiable es necesario utilizar los principios de la disciplina de la Ingeniería del Software. De forma que se dote al proceso de métodos, procedimientos y herramientas que garanticen un producto final de calidad. Esta postura sostenida por diversos autores (Soloway y col., 1994) considera el problema global del desarrollo de software educativo como un problema específico y altamente ligado al contexto de tal forma que es necesario adaptar los métodos y procedimientos de diseño y realización al uso para dar una solución óptima al problema.

La incorporación del ordenador en la secuencia de instrucción se plantea en distintas fases que tienden a una mayor integración y a posibilitar un uso remoto de los programas empleados:

  • Primera fase: Utilización del ordenador personal para la realización de prácticas mediante simulación.
  • Segunda fase: Se conectan los equipos formando una red y se añade un programa que permite la gestión de los usuarios.
  • Tercera fase: Se incorporan programas que permiten la tutela de forma remota.
  • Cuarta fase: Se incorpora la filosofía cliente-servidor y se conecta un servidor con los programas necesarios a la red Internet. Se adaptan los programas a este mecanismo de funcionamiento. Ver figuras 2 y 3.
  • Perspectivas futuras: Teniendo en cuenta el rápido desarrollo de la informática y de las comunicaciones es previsible que se disponga pronto de programas que permitan realizar entornos tridimensionales virtuales basados en VRML para la simulación de máquinas e instalaciones de laboratorio.

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    REALIZACIÓN

    Los desarrollos implantados durante la primera fase se realizaron haciendo uso de Hypercard ® mediante su lenguaje de programación Hyertalk ®. Las limitaciones en la velocidad de ejecución, la gestión del interface gráfico en color y su carácter uniplataforma obligaron a programar versiones operativas haciendo uso de lenguajes de propósito general, en concreto C++ puesto que permite incorporar las ventajas de la programación orientada a objeto y tiene carácter multiplataforma.

    En la segunda fase se incorporaron programas para facilitar la gestión de usuarios, en concreto para el control de acceso se empleó el programa At Ease ® suministrado por Apple ® con sus equipos que permite restringir el acceso a los programas y gestionar el espacio de disco disponible por cada usuario. Con la conexión en red local se facilitaron las labores de mantenimiento de los equipos.

    En la tercera fase se han añadido un conjunto de programas que permiten la visualización, el control y el diálogo en tiempo real de forma remota con el usuario, para ello se emplea el programa Timbuktu Pro ®. También se añade un servidor de correo electrónico que permite facilitar a los alumnos una dirección de correo para la realización de consultas al profesor.

    En la cuarta fase y con la perspectiva de la utilización de la red Internet mediante un servidor www se están realizando versiones operativas de los programas de simulación anteriores utilizando MacroMedia Director 5.0 ® que a través de ShockWave ®, permite la incorporación directa en la red de los programas interactivos generados, figuras 4 y 5. De forma simultánea se están desarrollando programas que permitan efectuar el acceso remoto, se emplea el lenguaje de programación Java. Tambión se está trabajando en la programación de CGIs que permitan al alumno rellenar el guión de forma interactiva y lo manden al ordenador del profesor. Esta última parte del trabajo se encuentra en fase de desarrollo sinedo posible visitarla en el servidor HTTP: http://unimac.unizar.es/.

    DESCRIPCIÓN DE UNA SESIÓN DE TRABAJO

    Durante el curso académico 96/97 se ha implantado la tercera fase del proyecto y se está trabajando para incorporar a lo largo del curso 97/98 la cuarta fase, comenzando las experiencias de acceso remoto desde fuera de la Universidad.

    El esquema de trabajo actual correspondiente de una sesión de prácticas responde a una filosofía en la que cada equipo informático dispone del software de control de acceso, de prácticas y de control remoto. Se ha habilitado a su vez el acceso a un servidor de correo que permite la realización de tutorías en diferido a través del correo electrónico (figura 1).

    Actualmente se emplea una sala de ordenadores dependiente del Área que permite la realización simultánea de la práctica en 15 equipos. Al comienzo de la sesión, el usuario se identifica y entra en el grupo correspondiente a su asignatura, al introducir la clave accede a los guiones y programas o ejemplos correspondientes. El guión de realización está grabado como un fichero de texto en el propio ordenador y el alumno puede consultarlo de forma mientras ejecuta la práctica, al final y transcurrido un período de tiempo variable se recoge el informe del alumno en el que responde a las preguntas planteadas en el guión. El alumno puede solicitar información adicional haciendo uso del correo electrónico del profesor para ser atendido en diferido fuera de la sesión de trabajo.

    El profesor puede monitorizar la ejecución de la práctica en cualquiera de los ordenadores en los que se está ejecutando y ,si es necesario, tomar el control para una acción determinada o avisar al alumno de forma que pueda establecer una conversación a través del teclado en tiempo real.

    CONCLUSIONES

    Desde el primer momento el proceso de desarrollo e implantación del software ha venido modulado por una evaluación permanente (Cózar, 1996) que abarca los contenidos de los programas, realizada por profesores del Área de conocimiento, su funcionamiento y su procedimiento de implantación, realizada por los alumnos.

    Las opiniones de los alumnos han sido recogidas mediante preguntas incluídas en el guión y estas respuestas han sido matizadas mediante entrevistas realizas a los alumnos que presentaron las respuestas más diferenciadas en los guiones. Se pueden destacar una serie de conclusiones como son:

    El interface gráfico de usuario juega un papel fundamental en la percepción del usuario ya que condiciona la concepción del sistema y la interacción del alumno con el mismo.

    La velocidad de ejecución resulta un factor determinante a la hora de valorar la utilización de los desarrollos.

    La organización y secuenciación de los contenidos es un aspecto valorado muy positivamente por los alumnos.

    Los mecanismos de tutoría remota son valorados muy positivamente por parte de los alumnos que ven en ellos un mecanismo de atención permanente que garantiza una cierta personalización del proceso de aprendizaje.

    Los mecanismos de monitorización y tutoría durante la sesión son menos utilizados menos, pero representan una gran ayuda para guiar a los alumnos inexpertos o con problemas en la interacción con el ordenador.

    Los aspectos organizativos de este tipo de prácticas de simulación merecen una buena calificación por la disponibilidad de horarios y la posibilidad de realiza o repetir las prácticas fuera del horario lectivo.

    Es de esperar que estos efectos positivos se vean reforzados con las ventajas que otrecerá la incorporación de la cuarta fase del proyecto.
     
     

    REFERENCIAS
     

    Cózar, J. M.; Turégano J. A.; Velasco, M. C. (1995). "Multimedia environments to learn thermodynamics". Congreso Internacional ISAGA´95. Valencia.

    Cózar J. M. (1996). Diseño, Realización y Evaluación de un entorno abierto de aprendizaje sobre contenidos de Termodinámica Técnica. Tesis Doctoral, Cap. 5. Universidad de Zaragoza.

    Grimes, P. W.; Willey, T. E. (1990). The effectiveness of microcomputer simulations in stimulating enviromental problem solving gy community college students. Jornal of Research in Science Teaching, 29, 453-470.

    Jong, T. de; Hoog, R. de; & Vries, F. de (1993). Coping with complex environments: The effects of navigation support and a transparent interface on learning with a computer simulation. International Journal of Man-Machine Studies, 39, 621-639.

    Shute V. J.; Glaser, R. (1990). A large escale evaluation af an intelligent discovery world: Smithtown. Interactive Learning Environments, 1, 51-77.

    Soloway, E. (1994). Learner Centered Design Interactions. Vol. 1, Nº 2, 36-48.

    Turégano, J. A., Cózar, J. M. (1994). Generalización del carácter práctico de los estudios universitarios: el laboratorio de prácticas con ordenadores personales. Actas del Congreso Unimac´94. Madrid.

    Viau, Elizabeth Anne (1994). The mind as a Channel: A Paradigm for the Information Age. Educational Technology, Autum/winter 1994, Nº 3. AACE. Charlottesville USA.

    FIGURAS Y TABLAS

    Figura 1. Esquema del entorno de trabajo correspondiente a la tercera fase de implantación.

    Figura 2. Esquema del entorno de trabajo correspondiente a la cuarta fase de implantación.

    Figura 3. Pantalla de acceso a las distintas prácticas vía internet.

    Figura 4. Laboratorio interactivo de simulación vía Internet.
     
     

    Figura 5. Laboratorio interactivo de simulación vía Internet.