Autores: Antonio F. Gomez Skarmeta, Angel Luis Mateo Martínez, Coordinador de Aplicaciones Telemáticas de Trabajo Cooperativo de RedIRIS

Institución: Universidad de Murcia

E-Mail: skarmeta@dif.um.es, amateo@dif.um.es

Resumen

La expansión actual de Internet ofrece el marco ideal para facilitar el acceso a la educación tanto a personas con discapacidades físicas, como a personas con problemas de tiempo y desplazamientos. Con este objetivo, la Universidad de Murcia está desarrollando un proyecto piloto para establecer una plataforma de Tele-Enseñanza que integre los distintos servicios y tecnologías que se utilizan dentro de la Internet.

1. Planteamiento

En los ultimos años, la tecnología informática y de comunicaciones basadas en ordenador ha experimentado un gran desarrollo. Por un lado, la gran expansión que ha sufrido el World Wide Web (WWW) ha facilitado en gran medida el acceso a la información basada en contenidos multimedia.

Por otro lado, han surgido nuevas tecnologías de comunicación, como el IP Multicast ([Dee89]) o los nuevos algoritmos de codificación y compresión de imágenes y audio, las cuales posibilitan la interacción humana a través de la Internet.

Todo esto, junto con el aumento en la capacidad de procesamiento y el abaratamiento de los equipos informáticos, ha llevado a la Universidad de Murcia a plantearse el desarrollo de una plataforma de Tele Enseñanza compuesta por contenidos multimedia transmitidos tanto por medios "tradicionales" dentro de Internet como el WWW o el correo electrónico, como más innovadores como la videoconferencia, todo ello con el objetivo de facilitar el acceso a la educación dentro de la Región de Murcia.

Lo primero que se plantea a la hora de diseñar un sistema de Tele-Enseñanza es: ¿qué servicios tenemos que ofrecer?, ¿que tecnologías debemos utilizar?. Para responder a la primera pregunta tenemos que evaluar las necesidades de todos los usuarios del sistema. Así, por ejemplo, un profesor necesitará aplicaciones para poder ofrecer los contenidos, los cuales estarán compuestos por documentos de texto, presentaciones e incluso vídeos con grabaciones de explicaciones de ciertos temas, así como aplicaciones para poder comunicarse con los alumnos.

Este último tipo de servicios es el que más nos interesa a la hora de diseñar la plataforma, pues son los que van a determinar la utilización de una tecnología u otra. Así, vamos a necesitar aplicaciones de comunicación asíncrona como el correo electrónico, aplicación que se puede utilizar, por ejemplo, para que un alumno realice una consulta a su profesor. También podemos ofrecer servicio de listas de distribución o grupos de noticias que implementen un foro de discusión activo entre profesor y alumno y entre los distintos alumnos.

Además, también tenemos que ofrecer servicios de comunicación síncrona que permitan establecer un "diálogo" entre los distintos participantes en el sistema. Dentro de este tipo de servicios, se puede pensar en ofrecer un chat interactivo. No obstante, esto es una solución muy limitada, ya que solo va a ofrecer la posibilidad de utilizar texto. Por lo tanto, necesitamos algo más, que va a ser la posibilidad de realizar videoconferencias, por ejemplo, para que el profesor de una clase a distancia, o para que un grupo de alumnos tengan una reunión para realizar un trabajo en grupo. Además, va a ser este servicio el que va a determinar las necesidades tecnológicas de la infraestructura de red a utilizar, pues si bien, para el resto de servicios de Internet se puede considerar que han alcanzado ya un estado de madurez y son soportados por todas las infraestructuras actuales, para el caso de la videoconferencia, debido al nivel de ancho de banda que necesita y su condición de servicio en tiempo real, y a que se trata de un servicio mucho más novedoso que el resto.

2. Tecnologías

La Internet ofrece un abanico de posibilidades bastante amplio para poder ofrecer servicios a sus usuarios. Así, surge como primera opcion la posibilidad de utilizar el correo electrónico mediantes listas de distribución para poder establcer un foro de debate complementario a la enseñanza tradicional. También se puede pensar en la utilización del WWW, ya que se trata del mecanismo de distribución de información más aceptado y usado dentro de la Internet.

No obstante, estos servicios, caracterizados por su condición de servicios asíncronos, se muestran insuficientes a la hora de establcer la deseada plataforma de Tele-Enseñanza, la cual debería ofrecer una serie de mecanismos de acceso a la información, pero también debe ofrecer la posibilidad de establecer un "diálogo" entre profesor y alumnos.

Es aquí donde cobra importancia la utilización de las nuevas tecnologías de videoconferencia multimedia como el medio ideal para establcer el "contacto directo" entre todas las partes involucradas en el proceso de enseñanza. Con este fin, surgen varias posibilidades tecnológicas, cada una de las cuales presenta sus ventajas e inconvenientes.

2.1. Videoconferencia sobre IP

La primera alternativa, y a la vez más accesible para todos los usuarios, consiste en la transmisión de vídeo y audio utilizando los mismos protocolos que el resto de servicios tradicionales de Internet, es decir, utilizando TCP/UDP e IP.

Dentro de esta serie de aplicaciones, aparecen por un lado aplicaciones como RealVideo y NetShow, que si bien no ofrecen interactividad, si que posibilitan el acceso al vídeo y audio sobre Internet sin necesidad de equipamiento ni infraestructuras adicionales.

Además, hay otro conjunto de aplicaciones basadas en el estándar H.323 ([Tho96]), de entre las que se puede destacar a NetMeeting, y otras basadas en otros estándares, como CU-SeeMe, que si que ofrecen esta interactividad sobre una conexión a Internet con un proveedor de servicios tradicional.

La principal cualidad de estas aplicaciones reside en que, si bien no consiguen un gran rendimiento en cuanto a calidad de imagen y sonido y está orientada a la videoconferencia entre dos únicas personas, si que permiten el acceso a la videoconferencia por parte de usuarios con equipos con una configuración modesta, tanto a nivel hardware como a nivel de infraestructura de red. Por lo tanto, es una solución a tener muy en cuenta dentro de la plataforma que queremos desarrollar, debido a que para poder ofrecer el servicio a los alumnos, necesitamos que éste sea fácilmente accesible por los mismos.

2.2. RDSI

Frente a la posibilidad anterior, surge la utilización de las líneas telefónicas RDSI (ISDN) para la realización de las videoconferencias, basándose en el estándar H.320. Esta solución, aunque resulta más cara que la anterior, ofrece la ventaja de que garantiza la calidad de la transmisión en todo momento al estar basada en líneas conmutadas telefónicas.

La importancia de esta opción viene dada por el hecho de que permite un mejor rendimiento que la videoconferencia sobre IP y a que se tiende a la transformación de las líneas telefónicas analógicas en líneas digitales. Además, el hecho de que se establece un circuito conmutado entre los equipos participantes, permite obtener una calidad garantizada en la transmisión. Sin embargo, se trata de una solución más cara que la anterior, ya que necesita tener una conexión RDSI. Además, el hecho de no utilizar IP para la comunicación entre los equipos hace que esta solución sea más difícil de integrar en la plataforma que buscamos.

2.3. MBone

Observando un poco en detalle las dos posibilidades anteriores, nos damos cuenta de que, por su naturaleza, ambas están orientadas a la interacción entre dos personas únicamente, por lo que es necesario algún medio "reflector" cuando se quiere establcer la videoconferencia entre más de dos personas, como por ejemplo, en el caso de que el profesor quiera realizar una clase a distancia a todos los alumnos, los cuales se encuentran en sus casas.

Para solucionar esto, aparece el IP Multicast, que se basa en la utilizaci'on de la clase D de direcciones para identificar a un grupo de equipos (en vez de a uno solo, como ocurre en el direccionamiento IP tradiconal), y donde será la propia infraestructura de red la encargada de conseguir que la información llegue a todos los equipos participantes, todo ello con el objetivo de minimizar el tráfico que circula por la red, además de permitir prescindir de aplicaciones "reflectoras" complementarias.

Sin embargo, esta tecnología presenta el inconveniente de que necesita una infraestructura de red específica y se encuentra actualmente en modo experimental, por lo que no está accesible para todos los usuarios. No obstante, se considera el Mbone ([Mac94]) junto con el IP Multicast puede llegar a convertirse en la tecnología ideal para ofrecer todo este tipo de servicios interactivos multimedia.

2.4. Integración

Como estamos viendo, hay varias posibilidades tecnológicas para poder ofrecer estos servicios, todas las cuales presentan ventajas e inconvenientes, así como están orientadas a distinto tipo de usuarios, por lo que es conveniente no limitarse a una única posibilidad y ofrecer los distintos servicios integrados mediante pasarelas entre las distintas plataformas.

Además, debemos tener en cuenta que el servicio de videoconferencia no es el único que tenemos que ofrecer, sino que ofrecer otra serie de servicios tradicionales tales como el correo electrónico o los foros de discusión. Por lo tanto, también debemos integrar los distintos servicios ofrecidos.

Todo esto, junto con el gran auge que ha experimentado el WWW, hace que surja el WWW como el medio idóneo de integración de todos los servicios, ya que:

• Ya se está utilizando como medio de integración de los servicios tradicionales de la Internet.
• Se puede utilizar para integrar otros servicios de videoconferencia, utilizando aplicaciones tales como el entorno mStar o la aplicación multikit.
• Ofrece un mecanismo de universalización, es decir, nos permite ofrecer el servicio independientemente de la plataforma en que se ejecute.

3. Sistemas de Tele-enseñanza

Hay muchas posibilidades y variantes a la hora de implementar un sistema de teleenseñanza. Básicamente, este sistema estará compuesto por un conjunto de presentaciones elaboradas por los profesores, así como por mecanismos para que los alumnos puedan acceder a estas presentaciones y depositar información.

Los mecanismos por los cuales el alumno deposita información pueden ser cualquier método tradicional de comunicación por ordenador como el correo electrónico y los foros de discusión, aunque también se puede pensar en permitir que el propio alumno pueda preparar una presentación o utilizar los medios proporcionados para éstas. No obstante, hay que destacar que sea cual sea el medio por el que los alumnos depositan información en el sistema, éste debe permitir al resto de usuarios del sistema el consultar y utilizar esta información. Por ejemplo, si un alumno quiere hacer una pregunta al profesor, es más aconsejable dirigir esta pregunta al foro de discusión de la asignatura que directamente al profesor, ya que de este modo se fomenta la colaboración entre los distintos alumnos, pudiéndose dar el caso de que sea otro alumno el que responda a la duda.

3.1 Presentación Ideal

Independientemente del mecanismo por el cual los alumnos depositen información en el sistema, no cabe duda que uno de los aspectos más importantes serán las presentaciones que en él se encuentren. El sistema de telepresentaciones que se utilice debe proporcionar, en el mejor de los casos, las siguientes funcionalidades:

• Transparencias: Debe disponer de alguna aplicación para mostrar gráficos, imágenes e incluso animaciones.
• Audio: Una aplicación indispensable es la que transmita el audio mediante el cual el profesor explique el tema.
• Vídeo: Para ver "la cabeza que habla" y algún vídeo específico, si éste es necesario.
• Canales de feedback: Que se proporcionan para que los alumnos puedan realizar preguntas, comentarios, anotaciones,... Es indispensable cuando la clase o el seminario se realiza "en directo", aunque cuando las clases son grabadas pierde sentido.

El escenario típico en el que se desenvolvería la clase sería el profesor explicando los conceptos ayudándose con transparencias y aplicaciones de pizarra electrónica, mientras que los alumnos reciben el audio, el vídeo y las transparencias. Además, en el caso de que la explicación tenga lugar simultáneamente a la recepción de la misma, es conveniente un mecanismo por el cual los alumnos puedan realizar preguntas, anotaciones y que también se utilizaría como feedback para el profesor, que de este modo sentiría la presencia de los alumnos. En este punto, hay que destacar que todas las aplicaciones que se utilicen en el sistema deben proporcionar un espacio de trabajo compartido, es decir, si, por ejemplo, el profesor utiliza una pizarra electrónica donde realiza anotaciones de apoyo durante la explicación, los alumnos deberían tener acceso a esta pizarra electrónica, de modo que puedan realizar sus anotaciones sobre el mismo espacio de trabajo que el utilizado por el profesor.

Además, una cuestión importante que nos debemos plantear es que la tecnología de red que utilicemos debe ser escalable, es decir, debe permitir que el resultado obtenido por el alumno sea el mismo independientemente de que haya un usuario en el sistema o toda la clase. En este punto es donde cobra especial importancia el uso del MBone como tecnología de transmisión, ya que como se ha visto a lo largo de la memoria es el mecanismo mediante el cual podemos conseguir tráfico en tiempo real de un modo escalable.

3.2 Cuestiones Prácticas

Una vez que hemos establecido el marco de trabajo ideal, vamos a examinar qué cuestiones de las anteriores son imprescindibles y qué otras son prescindibles, aunque importantes y cómo se deben utilizar para conseguir un buen resultado.

El primer aspecto sobre el que hay que preocuparse es sobre la creación de las presentaciones y los medios que se van a utilizar. En este sentido, hay que destacar que el factor crítico es el sonido, ya que un sonido con una calidad mala hará la presentación difícil de seguir por los alumnos. Por lo tanto, debemos preocuparnos por cuestiones tales como micrófono, nivel de entrada de la señal, tarjeta de sonido utilizada,... Además, debemos tener en cuenta que, aunque la presentación sea grabada, el alumno va a acceder a ella en tiempo real, por lo que se debe escoger una aplicación y formato de compresión que proporcione una calidad mínima.

Una vez solucionado el aspecto del sonido, tenemos que pasar a los complementos. Por un lado, las transparencias que se utilicen se pueden almacenar en una gran variedad de formatos, que van desde el formato HTML hasta los mapas de bits, pasando por cualquier otro formato proporcionado por cualquier aplicación. En este sentido, hay que resaltar que el peor mecanismo para transmitir una transparencia es utilizando vídeo, es decir, tomando la transparencia proyectada con una cámara y enviando esta información, ya que la utilización de la cámara suele producir la ilegibilidad de las transparencias. Además, debemos tener en cuenta que las transparencias tienen que ser consultadas por los alumnos fácilmente, por lo que se recomienda utilizar formatos estándar, tales como el formato Postscript.

Otro medio complementario que se puede utilizar es el vídeo. Sobre este tema hay que indicar que puesto que no se trata de un aspecto crítico y que, además, suele ser un medio con unos grandes requerimientos para la red de comunicación, es el principal candidato a la hora de descartar uno. No obstante, es un medio muy importante a la hora de que el alumno se encuentre como en una clase real y no pierda la atención de la exposición. Por lo tanto, antes de eliminar totalmente las imágenes, hay que probar otras soluciones menos drásticas como podría ser la de emitir vídeo a una frecuencia muy baja. Otro aspecto importante en cuanto el vídeo viene determinado por la importancia que ha demostrado tener el "contacto visual", es decir, cuando una persona nota que la persona que habla no la mira, pierde fácilmente la atención, por lo que el profesor deberá mirar en todo momento a la cámara, no al monitor sobre el que se encuentre.

3.3. Situación Actual

Actualmente, es todavía difícil de encontrar una solución al problema de la escalabilidad y los requerimientos de tiempo real, pero el MBone como soporte para IP multicast se ha mostrado como la tecnología más adecuada para estos propósitos. Debido a esto, aunque hoy en día no es una solución muy implantada, se perfila como la solución ideal, por lo que las previsiones son que dentro de poco tiempo todo Internet pueda trabajar con IP multicast.

En Tabla 1 se muestra un resumen de posibilidades existentes hoy en día y las características que ofrecen. Como se puede observar, la solución más completa es la formada por el conjunto de aplicaciones que utilizan el MBone. Esto se reafirma con diversas experiencias recogidas en distintos proyecots, algunos de los cuales resumimos a continuación.

4. Plataforma de Tele-enseñanza de la Universidad de Murcia

La Universidad de Murcia está realizando un proyecto, dentro del cual se enmarca la realización de este proyecto fin de carrera, junto con otras universidades españolas cuyo objetivo podría sintetizarse en la definición e implementación de una arquitectura tecnológica y conceptual de plataforma virtual para la formación a distancia en diversos entornos educativos, dotada de los medios necesarios para el intercambio remoto de información en tiempo real, lo que a su vez se materializa en:

• Evaluación de la adecuación del MBone (en especial en el caso español) actual y sus herramientas a una red estable en términos de operación, control y seguridad, y estructura administrativa para su uso en la formación a distancia.
• Recopilación y experimentación de herramientas de trabajo cooperativo tanto en entorno unicast como multicast bajo diferentes tecnologías de servicios portadores (IP, ATM, RDSI) y evaluación de su impacto en el ámbito educativo universitario y empresarial.
• Estudio y definición de recomendaciones para la integración de las herramientas basadas en tecnologías internet, tanto asíncronas resultados de proyectos anteriores, como en tiempo real y su extensión a diversos entornos en función de velocidades y tecnologías.
• Especificación y diseño de herramientas de autor que permitan al formador elaborar materiales que encajen dentro del entorno integrado de aplicaciones en tiempo real y asíncronas de la plataforma virtual.
• Desarrollo de una metodología para el diseño y evaluación de acciones formativas basadas en aplicaciones telemáticas.
• Análisis funcional y especificaciones pedagógicas de diseño de un conjunto de herramientas de autor integrables en una plataforma virtual de formación.
• Análisis, especificación e integración de entornos de autor, usuario y gestor/administrador en una plataforma virtual de formación a distancia.

El uso de las nuevas tecnologías en el entorno universitario y no universitario tiene en común que sus principales actores educadores/profesores y alumnos deben saber como utilizar y como sacar el máximo provecho a estas herramientas. Este proyecto busca justamente analizar en que medida es posible integrar de una forma adecuada tecnologías, contenidos y enseñanza mediante la evaluación de una metodología pedagógica aplicada a unos contenidos multimedia y a través del uso de diferentes tecnologías para aplicaciones asíncronas, interactivas y en tiempo real.

Las nuevas tecnologías de la Información y más concretamente los servicios avanzados de comunicaciones como soporte de nuevas técnicas de aprendizaje, están produciendo un cambio revolucionario en la forma en que las universidades deben plantearse el hecho de la enseñanza, y cómo a su vez debe apoyar su implantación en otros niveles así como en la formación continua, utilizando sus capacidades de liderazgo y formación en el ámbito educativo. En este espíritu es necesario una reflexión y un campo de experiencias de cual es el impacto y alcance de estas tecnologías en el ámbito universitario, así como su puesta en común en otros ámbitos como el de la enseñanza no universitaria.

Dentro de este marco general de cambios en la educación, el objetivo de este proyecto consiste en análisis, diseño, implementación y evaluación de un entorno de Tele-Enseñanza que abarque el estudio de técnicas pedagógicas y de producción de contenidos multimedia para el mejor aprovechamiento de las nuevas tecnologías de información tanto elásticas (asíncronas e interactivas) como son las relativas al WWW o el correo electrónico multimedia, como de las nuevas aplicaciones en tiempo real como son la VideoConferencia y las Herramientas de Trabajo en Grupo Cooperativo.

4.1 Diseño de la plataforma

Como estamos viendo a lo largo del documento, una plataforma de Tele-Enseñanza tiene que estar compuesta por distintos tipos de servicios, tanto síncronos como asíncronos, relacionados con la Internet y no relacionados con la misma. Así la propuesta que se plantea en la Universidad de Murcia puede representarse en el siguiente gráfico:

Por un lado, tenemos que distinguir que hay tres tipos de participantes en esta plataforma. Primero, están los profesores, que van a ser los encargados de darle contenido al sistema, por lo que deberán disponer de las aplicaciones apropiadas para la elaboración de documentos, preparación de clases, grabación de las mismas, etc. A continuación nos encontramos con otro tipo de usuarios, los alumnos, los cuales utilizarán la plataforma a partir de un módulo de Formación Virtual a partir del cual podrán desde consultar documentos, acceder a clases audiovisuales, sean estas grabadas o en directo, realizar consultas y cualquier tipo de actividad relacionada. Finalmente, nos encontramos con la necesidad de un administrador de la plataforma, el cual estaría encargado de realizar todas las tareas de gestión del sistema, es decir, mantenimiento de usuarios, mantenimiento de la integridad, etc.

Nos encontramos pues ante tres entornos distintos de utilización del sistema. Además, tenemos que tener en cuenta que cada uno de estos entornos puede estar formado por una varias aplicaciones y/o servicios, por lo que necesitamos algún mecanismo de integración de los mismos. Además, a la hora de establecer este medio de integración, tenemos que tener en cuenta también la posibilidad de cada usuario pueda acceder desde plataformas y sistemas operativos muy distintos. Así por ejemplo, para la creación de contenidos, puede ser muy frecuente que estos se realicen a partir de un sistema Windows, mientras que un alumno puede acceder al sistema desde el cada vez más frecuente sistema operativo Linux. Por lo tanto, la integración no tiene que realizarse solo teniendo en cuenta las distintas aplicaciones que van a componer el sistema, sino que también tiene que tener en cuenta los distintos tipos de plataformas de los usuarios.

Finalmente, la plataforma va a estar compuesta por muchos servicios. Una alternativa poco practica, podría ser ofrecer todos estos servicios de un modo independiente, pero esto se muestra como una solución poco cómoda e ineficiente, por lo que fácilmente la plataforma perdería aceptación. Así pues, tenemos que ofrecer un único servicio que integre a todos los demás, de forma que sea fácil para cualquier tipo de usuario la utilización del sistema.

A poco que examinemos, podemos llegar a la conclusión de que el mejor medio de integración que podemos obtener es mediante web, debido a las siguientes razones:

• El web es un sistema de acceso a la información que se encuentra disponible para todos los sistemas, tanto Windows, como Macintosh, como Unix.
• Se trata de un servicio que goza de una gran popularidad dentro de Internet.
• Ya esta siendo utilizado para la integración de varios servicios de Internet, como por ejemplo, correo electrónico (las últimas versiones de los navegadores más populares ya incluyen clientes de correo), listas de correo (muchas de las cuales son accesibles a través de web) y muchos otros servicios.

Por lo tanto, como conclusión, podemos decir que la plataforma diseñada se va a basar en un sistema web a partir del cual los distintos tipos de usuarios van a acceder a los distintos tipos de servicios necesitados. Por ejemplo, un alumno puede acceder mediante web a todo su espacio de trabajo, el cual contendrá distintos tipos de contenidos (mensajes de correo, grabaciones de clases,...) y a partir del cual podrá acceder a todos los servicios necesarios (asistencia a clases virtuales, foros de discusión,...).

5. Bibliografía

[Buc95] ReLaTe: Remote Language Teaching over SuperJANET

J. Buckett, I. Campbell, T. Watson, M. A. Sasse, V. Hardman, A. Watson

UKERNA, 1995

[Dee89] Host Extensions for IP Multicasting, RFC 1112

S. Deering

1989

[Gem97] Noncollaborative Telepresentations Come of Age

D. J. Gemmell, C. G. Bell

Communications of the ACM, pp. 79-82, Abril 1997

[Har95] Learning Networks: A Field Guide to Teaching and Learning Online

L. Harasim, S. R. Hiltz, L. Teles, M. Turoff

MIT Press, 1995

[Hil97] Asynchronous Learning Networks as a Virtual Classroom

R. Hiltz, B. Wellman

Communications of the ACM, pp. 44-49, Septiembre 1997

[Mac94] MBone Provides Video and Audio for Videoconferencing Across the Internet

R. Macedonia, D. P. Brutzman

IEEE Computer, Vol. 27, abril 1994, pp. 30-36

[Tho96] H.323: The Multimedia Communications Standard for Local Area Networks

G. A. Thom

IEEE Communications Magazine, diciembre 1996