Autor: Nelson Baloian

Institución: Departamento de Ciencias de la Computación, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile.

E-Mail: nbaloian@dcc.uchile.cl

Introducción

Los computadores y la enseñanza

Cuando aparecieron los computadores personales y éstos fueron introducidos en las escuelas y universidades como elementos para apoyar la educación, a principios de la década de los 80, se pusieron en ellos grandes esperanzas. Se llegó a pensar en ellos como agentes que iban a provocar grandes cambios en la forma de enseñar y aprender. Sin embargo, a principios de esta década eran sólo una minoría del total de los profesores y alumnos que realizaban la ma-yor parte de sus actividades docentes con apoyo del computador y existía mucho escepticismo frente a las ideas que sostienen que el computador es la gran solución para la enseñanza, opi-nión que muchos comparten aún [Holden, 1989]. Como motivo principal de este poco éxito de los computadores en la educación relativo a las expectaciones que se tenían se nombra a menudo que, salvo algunas pocas excepciones, los sistemas desarrollados han sido usados más bien como un suplemento para las prácticas normales de enseñanza y aprendizaje, sin una visión clara del papel que deben cumplir dentro del currículum general del alumno [Vosnia-dou, 1994]. Otros autores consideran que la inteligencia artificial, rama en la cual se apoyan los sistemas tutores inteligentes, no se desarrolló de la manera esperada [Hoppe, 1995].

Históricamente, la mayoría de los sistemas computacionales para apoyar la enseñanza y el aprendizaje estaban dirigidos a apoyar la enseñanza individualizada, en los cuales el computa-dor, con más o menos inteligencia artificial, actuaba como tutor del alumno, presentando in-formación o actuando como un laboratorio virtual donde el alumno podía descubrir y experi-mentar en un ambiente simulado. En el último tiempo se ha dado más importancia al valor que tiene la interacción del individuo con el grupo de co-aprendices para el aprendizaje perso-nal. Si bien estos aspectos fueron reconocidos hace tiempo por los educadores, no es hasta hace algunos años que en la ciencia de la computación se ha puesto a trabajar seriamente en el desarrollo de sistemas para apoyar la enseñanza de un grupo de aprendices. Es ha sido con-secuencia directa del auge que ha tenido la línea de investigación conocida como CSCW que consiste en apoyar el trabajo grupal por medio de la tecnología computacional, naturalmente apoyada por el desarrollo en las redes de comunicación.

La principal tendencia hasta ahora ha sido indudablemente, el desarrollo de sistemas que apo-yan la enseñanza y el aprendizaje para el caso de la educación a distancia. Con el desarrollo de las redes de vasta cobertura, como la Internet, la investigación y el desarrollo de sistemas para la educación a distancia se ha puesto extremadamente interesante, por la posibilidad que existe ahora de poner en contacto aprendices situados en lugares remotos pero que comparten necesidades o intereses similares.

A pesar de que la situación de aprendizaje en grupo dentro de una sala de clases no ha atraido mucho la atención de los investigadores, con algunas excepciones, como por ej. [Norman, 1991] y [Colazzo & Molinari, 1995], es un tema que ofrece grandes posibilidades para la in-vestigación y el desarrollo de sistemas computacionales para apoyar la docencia en la sala de clases tradicional, donde se puede enriquecer la situación de enseñabza cara a cara y exten-derla. Generalmente se han tratado la situación de educación a distancia como opuesta a la situación cara a cara y a su vez, la situación de instrucción personalizada por computador co-mo opuesta a la colaborativa/cooperativa pero en este caso es interesante ver la posibilidad de integrar todas las modalidades en una unidad docente escogiendo la modalidad de docencia y su apoyo computacional apropiado para cada momento.

La tecnología computacional puede jugar un papel importante para enriquecer las actividades docentes y hacer más interesante la participación activa del aprendiz en el proceso. Para poder incorporar la tecnología computacional en la sala clases (y fuera de ella) de manera efectiva puede ser de gran ayuda hacerlo de forma más bien implícita, como un instrumento más, pero totalmente integrado a las actividades docentes que se realicen, muy en el espíritu de lo Mark Wiser bautizo como ubiquitous computing [Weiser, 1991] y su idea principal es integrar de los computadores en una situación normal dada para enriquecerla, sin que para ello sea nece-sario redefinir la actividad o situación que se quiere enriquecer. El computador está hoy en día realmente en el camino de convertirse en una herramienta efectiva de apoyo a la docencia, ayudando a profesores y estudiantes a realizar tareas en un amplio espectro de sus quehaceres. El apoyo que se supone que deba brindar el computador ya no está dirigido a asumir todas las tareas que del profesor, como era el caso de los tutores inteligentes individuales. Su rol ahora es enriquecer las actividades tradicionales y haverlas más eficientes y efectivas Esto no quiere decir que el apoyo computacional a la educación por medio de sistema inteligentes individua-les esté obsoleta o sea una mala idea, sino que, al igual que cualquier otra herramienta, debe encontrársele un lugar adecuado dentro del curriculum integral del estudiante de manera que sea efectiva [Stefik, 1987].

El hecho de que cada día estén saliendo al mercado nuevos programas que pueden usarse para apoyar las actividades docentes, aunque originalmente no fueran pensados para eso, hace más interesante el desarrollo de una herramienta que apoye la planificación y creación de una lec-ción que use material computacional (programas y archivos de datos) de distinta índole y los estructure en una lección coherente. La planificación de una lección basada en material com-putacional tiene por objetivos ayudar al profesor a presentar de manera coherente sus ideas durante el desarrollo de la clase, ayudar a invocar los programas y archivos de datos de mane-ra rápida y sencilla por medio de manipulación directa de objetos en la pizarra electrónica en el momento preciso y además puede ayudar a los estudiantes a usar el material después de la lección, sobre todo si éste queda en un servidor WWW. En este artículo presentaremos un sistema para la creación de lecciones basadas en material didáctico computacional de distinta índole. El producto de la planificación y creación de una lección lo llamaremos el curriculum de una lección y corresponde a un conjunto de archivos estructurado con el material que se usará en la lección. Además se presentará un sistema que ayuda a usar este material en forma colaborativa en una sala de clases electrónica.

La sala de clases electrónica La sala de clases electrónica a la cual nos referimos en este artículo es una sala de clases real, a la cual se le han añadido elementos de computación. En este sentido esta definición no con-cuerda con otras de la literatura que nombran sala de clases electrónica a una sala de clases virtual [Guo, 1996] [Santillo,1994]. En esta sala de clases electrónica, además de los elemen-tos propios de una sala de clases tradicional, el profesor tendría idealmente a su disposición una pizarra electrónica, o algún medio para proyectar la imagen de la pantalla de un computa-dor donde todos puedan verla, y cada alumno contará con un computador personal, idealmente un notebook que está a su disposición no sólo durante la hora de clases sino también fuera de ella. Los computadores de los alumnos y el profesor están unidos por una red de área local, y, a través de ella tienen salida a Internet. Esto permite usar software que apoye el el trabajo co-laborativo Profesor-alumnos y alumno-alumno. Esta sala de clases electrónica puede estar coordinada con otra sala de clases electrónica y alumnos conectados remotamente también pueden seguir el desarrollo de una clase.

La representación del curriculum de una lección :

La red didáctica De la literatura es posible concluir que en los sistemas tutores inteligentes, los más flexibles y adaptativos tienden a representar el currículum con un grafo [McCalla, 1992]. En general, se puede decir que los nodos de estos grafos representan un concepto o habilidad a aprender y los arcos representan una relación entre los nodos ,salvo en WUSOR, donde los arcos representan la forma en que se paso de un nodo a otro y es lo que se debe aprender. El aprendizaje se lleva a cabo por medio de una navegación por los nodos del grafos, partiendo de uno que se adecue a las necesidades y condiciones del alumno. Los arcos entonces, imponen un orden relativo en el cual los conceptos pueden ser aprendidos ya que las posibilidades de navegación son defi-nidas por ellos. La flexibilidad de de adaptación inherente a los sistemas tutores inteligentes radica en las distintas posibilidades que hay para recorrer un grafo. El sistema puede adaptarse a diferentes estilos de aprendizaje, diferentes "backgrounds" de conocimientos del alumno escogiendo la ruta de navegación más indicada para un alumno en particular.

En el contexto de diseñar currículos para sistemas tutores inteligentes adaptativos, Halff de-fine el currículum como la selección y secuenciamiento del material didáctico [Halff, 1989]. McCalla redefine este concepto como la selección y el secuenciamiento de conocimiento ade-cuado para un aprendiz de acuerdo a sus conocimientos previos, estilos preferidos de aprendi-zaje y el contexto en que éste se lleva a cabo [McCalla, 1992]. McCalla distingue además dos fases en el desarrollo del currículum : la primera es la llamada el currículum genérico. Que consiste en la selección del material y las actividades educativas que se llevarán a cabo. Esta actividad la realizan especialistas en el tema que se quiere enseñar teniendo en cuenta un alumno prototipo. La segunda fase del diseño del currículum aparece en el momento en que el curriculum diseñado en la primera fase se adapta a las necesidades y realidades del grupo de personas en la sala de clases. Esto significa considerar tanto las características y preferencias de los alumnos como las del profesor, como por ejemplo, estrategia de enseñanza preferida para el profesor, los conocimientos previos de los alumnos o la exigencia que tiene el ramo en particular dentro de la carrera del alumnos. En este artículo asociaremos la primera fase del desarrollo del currículum a la creación de un grafo que representa el curriculum genérico de una lección o ramo dado y la segunda fase del currículum con el uso de esta estructura y su contenido (material didáctico computacional) en una sala de clases electrónica.

Ahora vamos a presentar un esquema de representación de currículums basado en la estructura de un grafo. Esta representación ha sido bautizada como "red didáctica" de una lección o sim-plemente la red de la lección. En las dos secciones siguientes se describen las características de los nodos y los arcos de una red didáctica. Los Nodos En una red didáctica los nodos representan una abstracción de una idea que se debe enseñar y aprender. Por esto, los nodos reciben un nombre por parte del autor de la red didáctica (el di-señador del currículum genérico). Este nombre debe servir para recordar el concepto, idea o material que representa. A cada nodo se le asocia una cierta cantidad acotada de material di-dáctico computacional. Este será el material computacional que el profesor y/o los alumnos pudieran usar (complementariamente al material tradicional que se quiera usar) para enseñar y aprender el concepto que representa el nodo, cuando este es visitado durante el desarrollo de la lección. Los nodos están, tipificados, es decir, pertenecen a uno de 8 tipos de nodos prede-finidos. El tipo de nodo define la cantidad y naturaleza del material computacional que se le puede asociar.

Al visitar un nodo durante la lección, todo el material asociado a él es desplegado en la piza-rra electrónica y/o repartido a los alumnos, según el caso. Por medio de esta tipificación de nodos el sistema permite al autor de una red de una lección asociar sólo un cierto tipo y un cierto monto de material a cada nodo según su tipo. Con esto, el sistema está "sugiriendo" al autor que no es conveniente mezclar muchos tipos de materiales ni una gran cantidad de para presentarlos de una sola vez. Una cantidad demasiado grande de información presentada al mismo tiempo en una pizarra electrónica y/o en el computador de los alumnos puede dar lugar a problemas exclusivos de la situación de operar con una pizarra electrónica. En estos casos, hay generalmente una sóla persona controlando el despliegue de información en la pizarra pero hay además todo un grupo de personas mirando, las cuales también deben considerarse "usuarias" de la pizarra. Estos problemas, aunque no se han tratado bien en la literatura aun, han sido bautizados como student´s disorientation [Colazzo & Molinari; 1995] y focus of attention problem [Hoppe et al. 1993]. Los Arcos Los arcos en una red didáctica son dirigidos y etiquetados. Las etiquetas establecen un tipo de relación entre los nodos que une el arco. Para poder hacer el sistemas más "inteligente", sobre todo al momento de desarrollar la lección en la sala de clases, las etiquetas de los arcos tam-bién están tipificadas (la explicación de la parte inteligente del sistema se presentará en otro trabajo). La tipificación permite que el usuario de uno de estos grafos entienda inequivoca-mente lo que el autor tenía en mente al establecer una relación entre dos nodos ya que, para el autor y para el lector el significado de las etiquetas está previamente bien definido. Así tam-bién el computador puede "entender" el significado de los arcos y por esto es posible desarro-llar algoritmos que apoyen la navegación dentro del grafo. El tipo de etiquetas que reciban los arcos depende entonces de qué es lo que el sistema va a apoyar, en otras palabras, qué funcio-nes de ayuda va a implementar basadas en esta información y cómo. Sistemas de tutoría inte-ligentes que usan grafos para representar el conocimiento tienden a usar relaciones semánticas entre los nodos. [Chaffin & Douglas,1984]. Las relaciones retóricas [Trigg, 1983] por otro lado, describen mas la estrategia o más bien dicho el discurso que usa el autor para presentar la información representada por los nodos. Este tipo de relación parece ser la más adecuada en este caso, ya que la meta del sistema es ayudar a la presentación y distribución de material didáctico computacional y no la de dar una ayuda basados en la en el conocimiento que los alumnos tienen en un momento dado del tema. Para las redes didácticas, las relaciones origi-nalmente presentadas por Trigg se modificarán levemente y complementarán con otras para adecuar el conjunto más a las particularidades del caso. En el próximo cuadro se exponen los distintos tipos de etiquetas que puede tener un arco de una red didáctica. Para las explicacio-nes se supone que X es el nodo de origen del arco e Y el nodo destino. Con ello se indica una relación entre la presentación de los 2 temas que represenan los nodos.

La implementación

Es claro que los sistemas de autoría y presentación de una lección pueden desarrollarse en forma más o menos independiente, ya que se usarán en distintas circunstancias en distintos momentos y por usuarios distintos. El sistema de autoría será usado por el desarrollador del currículum en el momento de crear el currículum genérico y esto lo puede hacer sólo en su computador personal. El "input" para el sistema de autoría es material material computacional (programas y archivos) desordenados y el producto es este mismo material (y otro que pueda haber creado en el proceso de autoría del grafo) organizado como una lección en la estructura de una red didáctica. El uso cooperativo de este material es apoyado ya desde el principio por el sistema en la fase de autoría. El autor le puede asociar a cada nodo material que será distri-buido a los alumnos y/o manipulado en forma colaborativa durante la clase. Este material puede ser complementario al que se muestra en la pizarra electrónica. Los estudiantes también pueden colaborar en la extensión de la lección que están utilizando en ese momento. Para esto pueden mandarle material al profesor (al computador de la pizarra electrónica). El profesor puede revisar este material con los demás alumnos desplegándolo en la pizarra y puede decidir integrarlo permanentemente a la lección.

La figura muestra un esquema del sistema general desde el punto de vista del flujo del material docente.

El material docente multi-medial se crea o se selecciona de fuentes existentes (1) y se organiza en las llamadas redes didácticas (2) con ayuda del sistema de autoría (lesson au-thoring tool). De la compi-lación de la red didáctica de una lección (3) se obtiene material docente organizado que puede ser tomado por el sistema de presentación (lesson presentation system) (4) para ser presentado en la CIC.

Según lo preparado por el autor de la lección, durante su presentación puede haber flujo de información entre el profe-sor y los alumnos como, por ejemplo, el profesor reparte material docente complementa-rio „para la casa" o distribuye hojas de ejercicio electronicas para realizar en clases (5). El alumno pude contribuir con material que encontró en alguna base de datos o en la WWW pertinente a lo que se está enseñando y el profesor lo presenta al curso o muestra algúna solución a un ejercicio propuesto por el profesor de la misma manera (6)).

Como el contenido de los nodos de este tipo de grafos es material computacional multimedial, es posible decir que las redes didácticas son un tipo muy especial de hipermedia. Por lo tanto se puede hacer un paralelo entre la autoría de esta red con la autoría de documentos hiperme-dia y el desarrollo y presentación de una clase basada en una red didáctica con la navegación por un documento hipermedia. Pero existe también un diferencia bien importante : el material creado y organizado en el caso de las redes didácticas es para ser usado en una situación cola-borativa con personas que asumen diferentes roles. La herramienta de autoría de lecciones Es claro que el primer requerimiento para que el sistema tenga éxito y sea usado es que el sis-tema de autoría sea fácil de usa. Existe un buen número de sistemas de autoría de hipermedia en el mercado por lo cual no parece sensato desarrollar uno nuevo sino más bien adaptar uno existente a las necesidades de este caso. De entre las posibilidades que se daban se eligió el sistema SEPIA no sólo por su interfaz realmente "user friendly" sino además porque es cola-borativo y como está implementado en smalltalk, era posible modificarlo relativamente rápida y fácilmente. Las siguientes fueron las modificaciones introducidas : a) se definió un nuevo conjunto de arcos acorde con las necesidades de las redes didácticas b) se crearon nuevos ti-pos de nodos junto con los métodos para crearlos, modificarlos y asociarles material computa-cional c) se implementó una función de compilación que genera los archivos necesarios para usar este material en la sala de clases electrónica. En la figura 2 podemos ver el área de trabajo de la herramienta de autoría basada en el sistema Sepia. Nodos y arcos son creados por simple selección de su tipo mediante el mouse y posicionándolos en el área de trabajo. El contenido puede asociárseles seleccionando funciones de un menú pop-up propio de cada nodo.

El sistema de presentación de la lección

El sistema de presentación consta de dos sub-sistemas: el primero es el que permite presentar el material creado y organizado en la etapa de autoría y corre en el computador de la pizarra electrónica. El segundo es el llamado sistema marco para la sala de clases electrónica y realiza las tareas de administración, como son, registro de alumnos administración de la comunica-ción, permite el intercambio de material entre los participantes e implementa otras funciones que ayudan al profesor durante la clase. Este sistema consta a su vez de dos partes: La del pro-fesor, que corre en el computador de la pizarra electrónica y la otra, que corre en el computa-dor de cada alumno.

Como ya dijimos, la presentación de una lección es la navegación a través de su red didáctica. Cuando se inicia la navegación por una lección en particular, el primer nodo de la lección es buscado (por definición de la red didáctica, existe un sólo nodo sin predecesores dentro de una lección) y el material de presentación que contiene es desplegado automáticamente por el pro-grama adecuado en un área de la pantalla de la pizarra electrónica equivalente a tres cuartos del total El resto, una franja vertical a la derecha ocupando ¼ de la pantalla, es ocupada por el llamado "Lesson manager" que es la herramienta que permite la navegación y manipulación del material didáctico asociado a los nodos. En la figura 3 se puede ver cómo aparece el Lesson Manager y el contenido del nodo en la pizarra electrónica.

En el Lesson Manager, cada nodo es presentado con sus predecesores y sus sucesores. Por cada uno de los nodos vecinos se muestran tres elementos : un ícono, que representa el tipo de nodo, una etiqueta, que muestra las tres primeras letras del tipo de arco que une al nodo actual con este vecino, y un botón. El botón contiene una etiqueta que muestra el nombre del nodo. Para visitar un nodo vecino basta presionar sobre este botón, con lo cual se invoca el material del nodo representado y se cambia la representación de los vecinos, acorde con la situación actual. Si el nodo visitado contiene material para ser repartido a o compartido con los alum-nos, aparecen botones en un área identificada con la etiqueta Students que posibilitan esto.

Durante el desarrollo de la lección el presentador tiene la posibilidad de abrir una ventana adicional con una vista de todo el grafo para ubicar en qué punto de la lección se encuentra. En esta vista, se muestran diferenciados los nodos que han sido visitados, los aún no visitados y el nodo actual. Se puede usar esta ventana para ir a visitar cualquier nodo del grafo desde el actual. Para ella basta seleccionar con el mouse el nodo que se desea visitar.

Conclusions

This papaer shows a system which was developed to enrlich the in-classroom teaching situa-tion in the sence of ubiquitous computing. The idea was to give the teacher the possibility to enrich its normal classroom situation by introducing computers very implicitly, without hav-ing to define a new situation. For implementing this idea we use computer techniques which are not very new (like hypermedia, semantic networks, etc) but we give them here a new role, which we think fits much better in the teaching/learning situation. We keep those elements of the original situation which we think are valuable to keep and introduce elements which sup-port the learning/teaching activities, which are previously defined according to educational criteria. This is why we kept the teacher and the classroom situation: the teacher can't be re-placed by any computer when it comes to motivate the students. We think that the social as-pect of the group is an important factor for motivating learning AND teaching. We think we give in this system a right place for the computer technology (including artificial intelligence) which is to support and combine efforts with the human actors in the classroom.

Referencias

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