implementación de un laboratorio remoto (lr) en el área de

implementación de un laboratorio remoto (lr) en el área de

IMPLEMENTACIÓN DE UN LABORATORIO REMOTO (LR) EN EL ÁREA DE
MICROPROCESADORES EN LA CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA
COSTA, CUC
RONALD ZAMORA MUSA
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA CUC
GRUPO DE INVESTIGACIÓN DE INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES,
GIINTEL-CUC
BARRANQUILLA, ATLÁNTICO
JULIO, 2011
IMPLEMENTACIÓN DE UN LABORATORIO REMOTO (LR) EN EL ÁREA DE
MICROPROCESADORES EN LA CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA
COSTA, CUC
RONALD ZAMORA MUSA
INVESTIGACIÓN
Presentado como proyecto de grupo de investigación GIINTEL-CUC
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA CUC
GRUPO DE INVESTIGACIÓN DE INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES,
GIINTEL-CUC
BARRANQUILLA, ATLÁNTICO
JULIO, 2011
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCION ............................................................... ¡Error! Marcador no definido.
1.
MARCO DE LA INVESTIGACION ............................................................................ 8
1.1
TITULO ................................................................................................................. 8
1.2
EL PROBLEMA DE INVESTIGACION .............................................................. 8
1.3
OBJETIVOS ........................................................................................................ 10
1.3.1 Objetivo General .............................................................................................. 10
1.3.2 Objetivos Específicos ....................................................................................... 10
2.
MARCO TEORICO CONCEPTUAL ......................................................................... 11
2.1
LABORATORIOS REMOTOS ........................................................................... 11
2.2
ANTECEDENTES HISTÓRICOS – ESTADO DEL ARTE .............................. 11
2.3
DEFINICIÓN DE LABORATORIO REMOTO (LR) ........................................ 14
2.4
EJEMPLOS DE LABORATORIOS REMOTOS IMPLEMENTADOS ............ 20
2.4.1 WebLab-Deusto. .............................................................................................. 20
2.4.2 Laboratório de Experimentação Remota – UFSC ............................................ 22
2.4.3 Laboratorio Remoto UNR. ............................................................................... 23
2.4.4 Laboratorios Remotos de la UNED, Proyecto AutomatL@bs. ....................... 24
3.
DISEÑO METODOLÓGICO ...................................................................................... 27
3.1
METODOLOGÍA DE DISEÑO DEL LR ........................................................... 30
4. ARTICULACIÓN DE CONCEPTOS Y REQUERIMIENTOS PARA LA
IMPLEMENTACIÓN DE UN LABORATORIO REMOTO ............................................. 32
5.
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS.......................................................................... 49
5.1 IMPLEMENTACIÓN DE UN LABORATORIO REMOTO. .................................... 49
6.
CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO. .............................................................. 53
7.
BIBLIOGRAFÍA. ........................................................................................................ 57
3
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Diagrama Laboratorio Tradicional. ...................................................................... 17
Figura 2. Diagrama Laboratorio Remoto ............................................................................. 17
Figura 3. Ejemplo LR de Circuitos Lógicos WebLab-Deusto. ............................................ 21
Figura 4. Arquitectura Distribuida WebLab-Deusto. ........................................................... 21
Figura 5. Ejemplo de Laboratorio Remoto Universidad Federal Santa Catarina. ............... 22
Figura 6. Ejemplo de LR Universidad Nacional de Rosario, Argentina. ............................. 23
Figura 7. Laboratorios Remotos UNED – eMersion. .......................................................... 24
Figura 8. Proyecto AutomatL@bs. ...................................................................................... 25
Figura 9. Implicaciones en la metodología de diseño de un laboratorio remoto. ................ 28
Figura 10. Arquitectura del Laboratorio Remoto o de un entorno de teleoperación ........... 29
Figura 11. Etapas iteraciones del instrumento metodológico RUP ..................................... 30
Figura 12. Entorno Cliente - Servidor .................................................................................. 32
Figura 13. Ejemplo de Autenticación. ................................................................................. 35
Figura 14. Ejemplo Agendamiento. ..................................................................................... 36
Figura 15. Ejemplo Interfaz de usuario para Laboratorio Remoto. ..................................... 37
Figura 16. Modelo base de datos sencillo Laboratorio Remoto. ......................................... 38
Figura 17. Diagramas a bloques programación LabVIEW. ................................................. 43
Figura 18. Panel Frontal de LabVIEW. ............................................................................... 43
Figura 19. Flujo de datos en forma de diagramas a bloques de LabVIEW. ........................ 43
Figura 20. Selección de VI y opción de visualización – Select VI and Viewing Options. ... 45
4
Figura 21. Selección de salida HTML – Select HTML Output. ........................................... 46
Figura 22. Finalización de la habilitación del servidor Web. .............................................. 47
Figura 23. Diagrama diseño de laboratorio remoto. ............................................................ 48
Figura 24. Diagrama de acciones usuarios Laboratorio Remoto. ........................................ 51
Figura 25. Ejemplo Tendencia Laboratorio Remoto – Entorno Inmersivo. ........................ 54
Figura 26. Ejemplo Tendencia Laboratorio Remoto Teleoperación en Entorno Inmersivo. 55
Figura 27. Ejemplo Entorno Inmersivo en la Educación. .................................................... 55
5
INTRODUCCIÓN
Este proyecto de investigación “IMPLEMENTACIÓN DE
REMOTO (LR)
CORPORACIÓN
EN EL ÁREA DE
UNIVERSITARIA
DE
UN LABORATORIO
MICROPROCESADORES EN LA
LA
COSTA,
CUC”
nace
complemento y es la segunda fase del proyecto DESARROLLO DE
como
UN
LABORATORIO REMOTO (LR) EN EL ÁREA DE MICROPROCESADORES EN
LA CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC.
El proyecto es desarrollado con el objeto de implementar un Laboratorio Remoto
(LR) en el área de microprocesadores como una herramienta de apoyo académica
accedida por medio de una plataforma tecnológica, buscando de esta manera
incluir la tecnología en el aprendizaje del estudiante actual; este aprendizaje debe
estar enmarcado en una gestión y construcción de su propio conocimiento,
logrando de esta manera que el estudiante pueda afrontar y solucionar los
problemas del futuro.
Las tecnologías avanzadas ofrecen una serie de posibilidades didácticas que
pueden revolucionar el mundo de la enseñanza. Esta revolución puede suponer el
desarrollo de nuevos modelos de enseñanza en los que el estudiante será el
centro del proceso y el aula escolar superará las limitaciones tradicionalmente
impuestas por su localización física y los horarios impuestos. [1] Esta premisa ya
es una realidad, en la Corporación Universitaria de la Costa, CUC, donde se
pueden observar procesos de enseñanza que están siendo direccionados por las
nuevas tecnologías de la informática y las telecomunicaciones que propenden por
llevar la educación a lugares remotos, permitiendo la accesibilidad y la inclusión de
la tecnología a todos los estudiantes, manejando políticas orientadas a la
incorporación y apropiación educativa de las TIC, con docentes formados por el
6
Ministerio de Educación Nacional en la modalidad virtual, utilizando una
infraestructura tecnológica con un equipo humano de apoyo técnico y pedagógico,
evidencia de ello es la apertura de dos nuevos programas ofertados totalmente
virtuales: Técnico Profesional en Programación de Dispositivos Móviles y
Tecnólogo en Desarrollo de Software y Telemática, de la misma manera también
ya se ofrecen asignaturas totalmente virtuales en ambientes educativos virtuales o
de E-learning como apoyo a la presencialidad con la herramienta
Moodle
(Plataforma Tecnológica LMS) e investigaciones que están siendo desarrolladas
en el ámbito de los Laboratorios Virtuales (LV) y Laboratorios Remotos (LR).
El documento está estructurado de la siguiente manera: El primer capítulo se basa
en el marco de la investigación, donde se plantea la necesidad de la investigación
y su justificación, de la misma manera se enumeran los objetivos trazados;
continuando en el segundo capítulo con el marco teórico conceptual definiéndose
con los antecedentes históricos a manera de estado del arte y enunciando
referentes teóricos y detallando alguno ejemplos de Laboratorios Remotos
implementados a nivel mundial.
El capítulo 3 se enmarca dentro del proceso metodológico mencionando los
elementos claves para la implementación de laboratorios remotos, posteriormente
en el capítulo 4 se realiza una articulación de conceptos y requerimientos para la
implementación de un laboratorio remoto.
Por último el capítulo 5 se basa en el análisis de los resultados, para después
continuar con las conclusiones de la investigación.
7
1. MARCO DE LA INVESTIGACIÓN
1.1
TITULO
IMPLEMENTACIÓN DE UN LABORATORIO REMOTO (LR)
EN EL ÁREA DE
MICROPROCESADORES EN LA CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA
COSTA, CUC.
1.2
EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
La práctica para la ingeniería se constituye como una prioridad en la formación
de los ingenieros, si se tiene en cuenta que el campo ocupacional les exige
contar con las competencias necesarias para resolver problemas reales donde el
componente practico juega un papel preponderante. En la actualidad las
Instituciones Educativas cuentan con limitados equipos y laboratorios para las
prácticas de sus estudiantes, teniendo que recurrir a los laboratorios remotos
como
alternativa para suplir esta necesidad, ya que esta experimentación se
puede llevar a cabo de manera remota a través de las Tecnologías de la
Información y la Comunicaciones, TIC, sin restricción de tiempo y espacio. Es por
ello que los LR han empezado a coexistir con los Laboratorios Tradicionales en el
ámbito de la educación superior.
Teniendo en cuenta que ésta investigación es la segunda fase del proyecto
Desarrollo de un Laboratorio Remoto (LR) en el Área de Microprocesadores en
la Corporación Universitaria de la Costa, CUC y que el objetivo final es el mismo,
es conveniente plantear la misma pregunta de investigación teniendo en cuenta la
necesidad a suplir.
El Ministerio de Educación Nacional - MEN en sus disposiciones legales para el
mejoramiento de la calidad de la educación, insta a las instituciones a ofrecer las
8
condiciones y recursos necesarios para el desarrollo integral de sus estudiantes, el
acceso a estos recursos debe estar acorde al potencial de usuarios, siendo este
uno de los factores que redundan en la acreditación de alta calidad de las
instituciones. Las instituciones hacen grandes esfuerzos por cumplir con estos
requerimientos, sin embargo, las adecuaciones en las infraestructuras tienden a
convertirse en un serio problema. Los laboratorios suelen ser un punto muy
complejo por los altos costos, la diversidad de herramientas existentes
y en
algunos casos la obsolescencia de los equipos es muy alta, obligando a las
instituciones a realizar grandes inversiones en tiempos muy cortos.
En Colombia, los laboratorios LR se están
proyectando en diferentes
universidades, que promueven este sistema como un medio de solución a los
problemas de congestión en el acceso a los recursos de laboratorio, las
limitaciones de planta física y equipos de laboratorio, el traslado de estudiantes
desde zonas lejanas al laboratorio en horarios dispersos, el seguimiento de
profesores a las prácticas realizadas por sus estudiantes y las dificultades de los
administradores en el control y gestión de los laboratorios
Es así como en aras de ofrecer una educación pertinente, se hace indispensable
que las IES
definan líneas y desarrollen
investigaciones que impacten a la
comunidad en general. En lo concerniente a este proyecto de investigación, la
implementación de un LR, permitirá ofrecer un mejor servicio a los estudiantes de
la Institución en el desarrollo de prácticas de laboratorio.
La implementación del LR, servirá de base para ser aplicado a otros laboratorios
en las diferentes áreas del conocimiento dentro de la Institución, y a la vez
servirá para futuras investigaciones que requieran medir el impacto que generan
en los aprendizajes de los estudiantes, versus los estudiantes que trabajan en los
laboratorios tradicionales (LT).
9
Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores el problema de investigación
se define así: ¿Cómo optimizar el acceso a los servicios del laboratorio través de
LR y comandos tele-operados?
1.3
OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo General. El objetivo general del proyecto de investigación es:
Implementar un Laboratorio Remoto (LR) en el área de microprocesadores como
una herramienta de apoyo académica accedida por medio de una plataforma
tecnológica.
1.3.2 Objetivos Específicos.
Los objetivos específicos del proyecto de
investigación son:
 Aplicar
los
conceptos
y
tecnologías
apropiadas
definidas
en
la
investigación: Desarrollo de un Laboratorio Remoto (LR) en el Área de
Microprocesadores en la Corporación Universitaria De La Costa, CUC.
 Desarrollar guías para las prácticas del laboratorio remoto.
 Desarrollar una interfaz de comunicación para integrar el laboratorio remoto
de microprocesadores con futuras prácticas en áreas de aplicación de
ingeniería.
10
2. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL
2.1
LABORATORIOS REMOTOS
En la actual sociedad del conocimiento el ingeniero
debe contar con los
conocimientos y habilidades necesarios para dar soluciones a
problemas
complejos de la humanidad, se podría decir entonces que los programas de
ingeniería deberán incluir en el currículo acciones que fomente en los estudiantes
tanto la observación como la experimentación y que les permita confrontar la
teoría con
la práctica. Teniendo en cuenta
Instituciones Educativas
los aspectos mencionados, las
en aras de ofrecer a sus estudiantes las prácticas
necesarias para su formación, se ven abocadas
a recurrir a los laboratorios
remotos y virtuales, [2] para optimizar el uso de los equipos de laboratorio.
2.2
ANTECEDENTES HISTÓRICOS – ESTADO DEL ARTE
El concepto de Laboratorios Remotos (LR) se ha venido desarrollando en los
últimos años, a continuación se muestra un orden cronológico de los hitos
históricos acerca del desarrollo de los LR.
En el año 1994 se dieron los primeros indicios de aprendizaje a distancia,
utilizando redes de comunicaciones, donde los resultados no fueron adecuados
obteniendo videos o clases a ser vistas por los estudiantes de aproximadamente
6 imágenes por segundo.
En el año 1996 el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) implemento el
primer Laboratorio Remoto (LR), igualmente en el mismo año en Europa se
11
desarrolla el proyecto DYNACORE el cual permite el control a distancia de un
telescopio en España.
En 1999 con el proyecto BiC se obtuvieron mejores resultados utilizando redes de
comunicación de banda ancha, con respecto a los primero indicios en el año 1994.
Igualmente en el año 1999 la NTNU1 (Norwegian University of Science and
Technology) desarrollo el AIM-Lab2 (Automated Internet Measurement Laboratory),
el cual es un laboratorio en línea desarrollado con lenguaje de programación Java;
de la misma manera la Universidad de Hagen desarrollo un laboratorio teleoperado en el área de control y robótica.
En Enero del año 2000, la empresa Motorola logra tener configuración, acceso y
gestión remota para instalación y mantenimiento de redes locales, de la misma
manera la empresa IBM a finales del año 2001 utiliza la tecnología Contivity Virtual
Private Network para proporcionar acceso remoto a sus laboratorios a cualquier
hora del día o de la noche y con toda seguridad.
La Universidad de Australia del Sur (UniSA) en el año 2001 desarrolla un
laboratorio remoto en línea, en el cual los datos adquiridos en las prácticas pueden
ser trasladados a un estudiante en ubicación remota para su posterior análisis y
visualización.
En el año 2001 el investigador Bernardo Wagner con un grupo de colaboradores
de la Universidad de Hannover, Alemania, desarrollaron un laboratorio para
aprendizaje en línea, basado en tecnologías bases como HTML y Java, el cual
1
NTNU: Norwegian University of Science and Technology
2
AIM-Lab: Automated Internet Measurement Laboratory
12
- Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología.
incluye un conjunto de prácticas en tiempo real, con conceptos y modelos teóricos
que son aplicados en la experimentación.
La Universidad Nacional de Taiwán con el departamento de educación industrial
en el año 2001, implemento un sistema experto de aprendizaje a distancia con un
agente pedagógico el cual ofrece una guía para el estudiante en el desarrollo de la
experimentación.
En el año 2002 se inició un proyecto en la Universidad de Dakota del Norte para
evaluar la posibilidad de ofrecer a los estudiantes trabajos de prácticas operadas a
distancia para reducir el número de estudiantes en los laboratorios del campus a
la mitad.
La Universidad de Ulster en el norte de Irlanda, en el año 2002 desarrollo un
laboratorio a distancia para sistemas embebidos a nivel de maestría con una
arquitectura cliente servidor, este desarrollo se basa en un programa de 3 años,
llamado:
proyecto
DIESEL3
(Distance
Internet-Based
Embedded
System
Experimental Laboratory)
La empresa Sun Microsystems en el año 2004 pone en marcha el proyecto
SunCampus en el cual desarrolla un entorno formativo avanzado llamado
Sjuncampus por medio del cual el estudiante puede acceder a varios recursos
como: Portal Web y laboratorios de prácticas accedidas de forma remota,
llamados “elabs”; basándose en un concepto propio llamado Intelligent Blended
Training (IBT), metodología de educación compuesta por formación presencial y
formación vía web.
3
Proyecto DIESEL: (Distance Internet-Based Embedded System Experimental Laboratory)
13
A partir de a mediados de la década 2000 – 2010, se realizan conferencias,
congresos y desarrollo de laboratorios remotos buscando estrategias docentes
para la educación basada en el uso de las TIC, muestra de esto es el premio a la
innovación en la docencia, el cual fue ganado por la Universidad Miguel
Hernández (UMH) en España , por el desarrollo de Recolab: laboratorio remoto de
control utilizando Matlab/Simulink, propuesta pionera que permitió trabajar
remotamente con equipos físicos utilizados en el laboratorio con lo cual se
rompieron barreras físicas, temporales y de espacio.
La Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED) de España y su
Departamento de Informática y Automática implementó laboratorios remotos y
virtuales
de
automática
utilizando
la
herramienta
LabVIEW
(Laboratory
Instrumentation Engineering Workbench) de la empresa National Instruments, en
los cuales de desarrolla una arquitectura cliente/servidor en donde los clientes
(estudiantes) interactúan con sistemas tele-presenciales como páginas web y
applets Java y la infraestructura del servidor ha sido desarrollada con aplicaciones
LabVIEW y tarjetas de adquisición de datos National Instruments; de la misma
manera el Instituto de Tecnología de Oregon (OIT) y su departamento de
Tecnología de Ingeniería Electrónica (EET) desarrollaron un laboratorio de
electrónica real basado en la Web en el cual los estudiantes deben hacer cálculos
y medidas experimentales de una variedad de circuitos electrónicos y comparar
sus resultados.
2.3
DEFINICIÓN DE LABORATORIO REMOTO (LR)
Los LR son normalmente utilizados cuando se requiere que los estudiantes
pongan en práctica de
manera autónoma
lo aprendido
las veces que
lo
requieran, esto les permite confrontar sus conocimientos previos con los nuevos
conocimientos adquiridos hasta llegar a construir un nuevo conocimiento, se
14
podría decir entonces que en este nuevo escenario prevalece
el modelo
constructivista que les permite a los estudiantes adquirir aprendizajes significativos
para la vida.
Los LR son producto del desarrollo de las TIC que contribuyen con el
mejoramiento de los procesos educativos, son considerados como sistemas que
no están basados en prácticas simuladas, si no en acciones que permiten al
estudiante realizar actividades de laboratorio con dispositivos o instrumentación
real, transfiriendo información entre el procedimiento practico y el estudiante. El
alumno tele-opera y controla los recursos disponibles en el laboratorio. [2][3]
En la actualidad, las universidades están introduciendo un modelo de enseñanza
tele-presencial (presencia a distancia), debido a que en la enseñanza tradicional o
en el Laboratorio Tradicional (LT), es necesaria la presencia física del profesor y
de los estudiantes, lo que implica recursos restringidos de infraestructura física,
espacio y tiempo, lo que genera adquisición de conocimientos insuficientes por
parte de los estudiantes, además la implementación y utilización de experimentos
en los LT tiene un alto costo, teniendo en cuenta que se debe mantener una
infraestructura masificada por la cantidad de estudiantes que requieren acceder a
ella; además dicha infraestructura física suele ser sensible a desgaste acelerado
por uso indebido y algunas de estas infraestructuras
frecuentemente son
subutilizadas, creando dificultades en el desarrollo de los laboratorios por parte de
los estudiantes; la solución entonces es la mencionada anteriormente, la
introducción de un modelo de enseñanza tele-presencial, con el desarrollo de
laboratorios remotos y virtuales (LR, LV), proporcionando a los estudiantes la
realización de las experiencias, aunque no se coincida en espacio y tiempo con el
profesor. [4]
La implementación de un LR no implica reemplazo de los laboratorios tradicionales
(LT) o de la infraestructura actual, los LR llegan a complementar la educación de
15
los estudiantes incluyendo tecnología a su formación, además un diseño
adecuado puede proporcionar: realización de experiencias remotas con equipos
reales, es decir tele-presencia en el laboratorio y análisis de datos experimentales
reales con flexibilidad en el desarrollo del laboratorio debido a la posibilidad de
elegir tiempo y lugar para su realización.
Un LR permite a los estudiantes desarrollar tareas o actividades de laboratorio a
través de la red de redes utilizada para mayor intercambio de información a nivel
mundial, es decir a través de Internet sin estar cerca físicamente de los equipos de
laboratorio.
En un LT, los estudiantes ejercen una interacción con los equipos de laboratorio
mediante acciones físicas incluyendo manipulación directa con las manos y como
resultado se obtiene retroalimentación percibida fisiológicamente por los órganos
de los sentidos como sentido del tacto, de la visión y del audio. En la figura 1, se
ilustra este concepto.
En un LR dicha interacción se produce entre el estudiante en un lugar remoto y los
equipos de laboratorio, a estos dos elementos (estudiantes y equipos de
laboratorios) se le suma una nueva etapa de infraestructura remota, la cual es la
encargada de hacer llegar las acciones del estudiante al laboratorio y enviar la
información procedente de los equipos al estudiante. En la figura 2, se ilustra este
concepto.
16
Figura 1. Diagrama Laboratorio Tradicional.
Interacción
Retroalimentación
Estudiante
Equipos de Laboratorio
Figura 2. Diagrama Laboratorio Remoto
Infraestructura Remota
Equipos de Laboratorio
Estudiante en Lugar
Remoto
Según artículos de la IEEE (2004-2005), relacionados con la tele–enseñanza se
estipula que para
llevar a cabo la experimentación remota se requiere de los
siguientes requisitos:
 Telecontrol:
Es
necesario
para
poder
manipular
remotamente
el
experimento.
 Tele-presencia: Es muy importante que el estudiante que está realizando el
experimento remotamente tenga una sensación real del mismo. Mediante la
17
transmisión de audio y vídeo el estudiante puede tener la sensación de que
está físicamente presente en el experimento.
 Recogida de datos: Los datos del experimento se han de poder recoger de
alguna forma y guardarlos en el servidor para poder ser accedidos y
tratados por los estudiantes a posteriori.
 Planificación: Si se comparte un recurso entre diferentes estudiantes,
deberá haber un sistema de planificación de acceso al recurso compartido.
 Seguridad: Un requisito importante es que el experimento debe ser
controlado. No se debe permitir que los estudiantes remotamente puedan
dañar las instalaciones o recursos que se están utilizando en la
experimentación.
 Comunicación síncrona: La comunicación síncrona es necesaria para el
telecontrol del experimento. Entre las técnicas existentes de comunicación
síncrona cabe destacar: el chat o la videoconferencia. Habrá técnicas de
comunicación síncrona que no serán factibles en entornos del hogar debido
al gran ancho de banda que consumen.
 Entorno colaborativo: El entorno colaborativo virtual facilita la comunicación
entre los estudiantes que estén separados geográficamente. La tecnología
que hay detrás de cualquier herramienta de colaboración síncrona es un
mecanismo que permite a un usuario mandar actualizaciones a otros
usuarios acerca de las interacciones que se han realizado en el entorno
colaborativo. Los componentes del grupo necesitan tener la misma vista del
experimento en tiempo real.
18
 Entorno de realidad virtual multiusuario para un laboratorio remoto: En un
reciente artículo del IEEE (2007), se plantea un sistema para poder realizar
experimentos de una forma remota. La comunicación entre el estudiante y
el experimento se realiza en su totalidad a través de la WWW, donde la
interfaz para el estudiante
será un navegador web. Éste provee una
plataforma para la transmisión de información así como un entorno para la
ejecución de software cliente. El servidor web es la interfaz entre el usuario
y el experimento.
 Gestión de acceso: Mediante el sistema de gestión de acceso se lleva un
control de las reservas por parte de los estudiantes de cita para utilizar los
recursos del laboratorio. Este sistema tendrá dos interfaces: interfaz de
administrador e interfaz de estudiante. La interfaz de administrador sirve
para crear y borrar cuentas, controlar los accesos, los tiempos de acceso,
etc.
 Interfaz con el experimento: Cuando llega el día del experimento, el
estudiante se conecta al servidor con el navegador web y éste carga la
página web del experimento. De manera opcional se puede ver y escuchar
en tiempo real y con imágenes y sonidos reales lo que está pasando en el
laboratorio donde se realiza el experimento de manera que de sensación de
presencia. Para empezar el experimento es necesario que el estudiante se
autentique en el sistema. Una vez el estudiante se ha autenticado y ha
entrado en el sistema empieza el experimento. Toda la información
respecto a la práctica se transfiere mediante una conexión TCP/IP.
 Visualización de los resultados: Mientras se está realizando el experimento
toda la información que se manda desde/hacia el servidor es almacenada
en un fichero ASCII en el propio servidor. Después los estudiantes pueden
recuperar esta información para su posterior tratamiento o análisis de los
resultados.
19
2.4
EJEMPLOS DE LABORATORIOS REMOTOS IMPLEMENTADOS
A continuación se sintetizarán algunos laboratorios remotos implementados a nivel
mundial, en cada uno de ellos se utilizan distintas tecnologías, plataformas y
protocolos.
2.4.1 WebLab-Deusto. Es un Laboratorio Remoto distribuido que ha estado en
continuo desarrollo en la Universidad de Deusto, que tienes campus ubicados en
Bilbao y San Sebastián España; ofrece experimentos reales que pueden ser
accedidos y utilizados por los usuarios a través de Internet, quienes obtienen unos
resultados exactamente iguales a los obtenidos en un laboratorio tradicional.
Algunos de sus laboratorios remotos ofrecidos son: FPGA (Field Programmable
Gate Array), CPLD (Complex Programmable Logic Device) y Microcontroladores
PIC. WebLab-Deusto también es un grupo de investigación llamado WebLabDeusto Research Group, donde su enfoque está direccionado hacia la
experimentación remota.
Algunas de las características que manejan los Laboratorios Remotos de WebLabDeusto son: Interfaz de usuario, autenticación, gestión de turnos, escalabilidad,
seguridad, registro y seguimiento de usuarios, panel de administración. En la
figura 3, se muestra un ejemplo de laboratorio remoto de circuitos lógicos de
WebLab-Deusto.
En la figura 4, se muestra una arquitectura utilizada por WebLab-Deusto, en la
cual los usuarios, pueden estar accediendo desde distintos equipos informáticos,
como: Computadores de escritorio, portátiles y equipos móviles, donde cada uno
de ellos puede manejar distintos sistemas operativos o plataformas y del lado de la
Universidad se encuentran varios servidores manejando todos los servicios del
Laboratorio Remoto.
20
Figura 3. Ejemplo LR de Circuitos Lógicos WebLab-Deusto.
Fuente: WebLab-Deusto.
Figura 4. Arquitectura Distribuida WebLab-Deusto.
Fuente: J. García-Zubía [5]
21
2.4.2 Laboratorio de Experimentação Remota – UFSC. El Laboratorio Remoto de
la Universidad Federal de Santa Catarina y su Departamento de Informática
y Estadística en Brasil, tiene como objetivo principal ampliar la gama de uso
de Internet con la experimentación a distancia, proporcionando interacción
con el
mundo
físico,
permitiendo
a
los
estudiantes el
acceso a
recursos escasos, con laboratorios prácticos que se pueden realizar en
cualquier lugar y a cualquier hora. En la figura 5, se muestra un ejemplo de
laboratorio de experimentación remota de la UFSC.
Figura 5. Ejemplo de Laboratorio Remoto Universidad Federal Santa Catarina.
Fuente: http://www.inf.ufsc.br/~jbosco/rex1p.htm
22
2.4.3 Laboratorio Remoto UNR. El LR de la Universidad Nacional de Rosario y su
Departamento de Educación a Distancia en Argentina, está enmarcado en
el desarrollo de aprendizajes significativos en el área de dispositivos
electrónicos básicos. En este Laboratorio Remoto a nivel de hardware se
utiliza una placa de adquisición de datos de National Instruments y a nivel
de software se utiliza como servidor web una plataforma .Net y aplicaciones
en Visual Studio. En la figura 6, se muestra un ejemplo de LR
correspondiente a un transistor bipolar.
Figura 6. Ejemplo de LR Universidad Nacional de Rosario, Argentina.
Fuente: S. Marchisio [6].
23
2.4.4 Laboratorios Remotos de la UNED, Proyecto AutomatL@bs. Los LR de la
UNED (Universidad Nacional de Educación a Distancia), España, están a la
vanguardia en la implementación de nuevos sistemas de enseñanza
practica, con la implementación de sus laboratorios remotos es posible
realizar prácticas de Ingeniería desde cualquier lugar a través de Internet.
El factor diferenciador e innovador en la implementación de los LR en la
UNED, ha sido en primera instancia la integración de los distintos LR
locales (de la misma universidad) en una misma plataforma, llamada
eMersion, donde se tiene la misma interfaz, sistemas de reservar y
autenticación. En la Figura 7, se muestra la integración de sistemas de
laboratorios remotos en la plataforma eMersion de la UNED.
Figura 7. Laboratorios Remotos UNED – eMersion.
Fuente: Plataforma eMersion – UNED.
24
Y en segunda instancia la integración o incorporación de otras universidades al
sistema de prestación de servicios de experimentación virtual y remota de la
UNED,
llamado
proyecto
AutomatL@bs,
el
cual
es
una
experiencia
interuniversitaria en donde 7 universidades de España (Universidad Nacional de
Educación a Distancia - UNED, Universidad de Alicante – UA, Universidad de
Almería – UAL, Universidad Politécnica de Valencia – UPV, Universidad
Politécnica de Catalunya – UPC, Universidad Miguel Hernández – UMH,
Universidad de León - UL) han integrado sus aplicaciones de experimentación en
línea impulsando la investigación y el trabajo colaborativo entre universidades [x].
En la Figura 8, se muestra la infraestructura de red y servicios web del proyecto
AutomatL@bs.
Figura 8. Proyecto AutomatL@bs.
Fuente: H. Vargas, J. Sánchez, S. Dormido. [7].
25
En la implementación del lado del servidor en el proyecto AutomatL@bs, se utiliza
el software LabVIEW, el cual es un entorno de desarrollo grafico muy poderoso,
creado por National Instruments (NI), empresa que también ha diseñado tarjetas
de adquisición que también son utilizadas en el desarrollo de Laboratorios
Remotos.
26
3. DISEÑO METODOLÓGICO
Esta fase de la investigación queda definida por la implementación del laboratorio
remoto, la cual está asociada a los recursos presupuestales con que se cuenten
en la institución. El alcance general del proyecto puede establecerse como:
Implementación de un laboratorio Remoto a través de Internet, orientado a los
niveles
de
educación
universitaria,
constituido
por
experiencias
en
microprocesadores.
Considerando que la etapa de desarrollo ha sido finalizada y que en la misma se
utilizo el instrumento metodológico RUP (Rational Unified Process), completando
etapas de exploración y análisis de requerimientos; para continuar en esta fase
con la etapa de implementación y fortalecimiento de la investigación, debido a
retroalimentaciones y correcciones necesarias, surgidas a partir de pruebas a
realizar; es necesario continuar con el mismo instrumento metodológico.
Dicha metodología de diseño implica que los Laboratorios Remotos deben
organizarse, realizar un desarrollo técnico, tecnológico y pedagógico, planificando
la educación, apoyándose en una infraestructura que facilite el aprendizaje de los
estudiantes; organización resumida en la figura 9, donde se muestran las
Implicaciones en la metodología de implementación de un laboratorio remoto.
27
Figura 9. Implicaciones en la metodología de diseño de un laboratorio remoto.
Desarrollo
Tecnológico
Infraestructura
Adecuada
Planificación
Educación
Desarrollo
Pedagógico
En la educación del ingeniero, los conceptos teóricos, sin ser llevados a la
experimentación o a la práctica por medio del laboratorio se convierten solamente
en ejercicios memorísticos y las prácticas sin una sólida conceptualización teórica
se restringen a un nivel operativo. [8] Por esta razón, es importante que antes de
implementar un LR se lleve a cabo un proceso de planificación, donde se tengan
en cuenta ciertos elementos claves para su
deberá hacer un análisis
diseño; en primera instancia se
y evaluación de las características, tanto técnicas
como pedagógicas que den como resultado laboratorios óptimos, pertinentes y
que su utilización redunde en verdadera obtención y aplicación de conocimientos
para los estudiantes. En segundo lugar se deberá tener en cuenta la relación
costo-beneficio para que la inversión no se convierta en un gasto oneroso, con
serios problemas de adecuaciones, infraestructura y obsolescencia de equipos y
28
por último, se deberá revisar diferentes alternativas de implementación para los
LR con el fin de lograr que estos cumplan con los objetivos académicos
propuestos, de tal manera que genere un impacto positivo en la formación de los
futuros ingenieros.
En (Calvo, 2008), está propuesto un método, como ayuda al diseño, desarrollo e
implementación de los LR, es un enfoque basado en la WEB buscando utilizar
Internet como un marco genérico de tecnología estándar ampliamente utilizada a
nivel mundial, para que el desarrollo sea adaptable a diversas situaciones. Dicho
enfoque puede ilustrarse en la
Figura 10, donde se muestran diferentes
elementos involucrados en los LR, en el cual se puede observar que cumple con la
característica de un sistema cliente – servidor, que será detallado posteriormente
en el documento.
Figura 10. Arquitectura del Laboratorio Remoto o de un entorno de teleoperación
Cámara
Estudiante 1
Estudiante 2
Servidor
Internet
Estudiante N
29
Dispositivo Físico o
Experimento
3.1 METODOLOGÍA DE IMPLEMENTACIÓN DEL LR
Se selecciona la metodología formulada en la investigación “Desarrollo de un
Laboratorios Remoto (LR) en el Área de Microprocesadores en la Corporación
Universitaria de la Costa, CUC”, la cual está basada en la metodología RUP
(Rational Unified Process), que permite mantener todo el proceso documentado,
facilitando de esta manera el seguimiento de las diferentes actividades. Esta
metodología divide el proceso en cuatro fases, enunciadas a continuación: Inicio,
Elaboración, Construcción y Transición; en cada una de estas fases debe por lo
menos existir una iteración formada de cuatro etapas: Análisis de Requerimientos,
diseño, Implementación, y pruebas. Ilustradas en la figura 11.
Figura 11. Etapas iteraciones del instrumento metodológico RUP
Pruebas
Análisis de
Requerimientos
Implementación
Diseño
30
En la figura 11, puede observarse que las iteraciones “Análisis de requerimientos”
y “Diseño” fueron abordadas en la primera fase de la investigación, ahora en la
fase actual se abordaran las iteraciones correspondientes a “Implementación” y
“Pruebas”.
Para emprender las iteraciones referidas a “Implementación” y “Pruebas”, se
deben realizar actividades tendientes a articular los conceptos, hallazgos y
requerimientos resultantes de la fase de desarrollo con la fase de implementación
de la investigación, así como desarrollar documentos explicativos
con las
actividades con un orden lógico para implementar un Laboratorio Remoto y si es
necesario la definición de inconvenientes y cambios presentados o requeridos en
el sistema.
31
4. ARTICULACIÓN DE CONCEPTOS Y REQUERIMIENTOS PARA LA
IMPLEMENTACIÓN DE UN LABORATORIO REMOTO
Esta es una etapa importante debido a que permite conocer cuáles son los
requerimientos necesarios que se deben tener en cuenta para la implementación
de un Laboratorio Remoto desde distintos puntos de vista: Técnico, tecnológico y
pedagógico.
Un laboratorio remoto en su definición más simple es una aplicación basada en un
entorno cliente – servidor, donde los clientes (estudiantes o investigadores desde
un sitio remoto), solicitan servicios o contactan a un servidor (equipo de computo,
software de acceso, dispositivos a manipular), a través de distintos medios de
interconexión (Intranet, Internet); en la figura 12, se ilustra un grafico sencillo de
un entorno cliente – servidor.
Figura 12. Entorno Cliente - Servidor
32
El “cliente” conformado por estudiantes o investigadores ubicados en
un sitio
remoto y las tecnologías y/o equipos a utilizar en el lado del cliente, presentan
variadas características en el entorno actual de los laboratorios remotos, como las
que se mencionan a continuación: (teniendo en cuenta que los estudiantes
remotos, manejan roles diferentes a los de un estudiante inmerso en un modelo
tradicional presencial ampliamente conocido y experimentado).
 El estudiante o investigador remoto debe construir y desarrollar el
conocimiento de forma autónoma, y tener habilidad de experimentación
analítica.
 El estudiante o investigador remoto debe cumplir con todas las indicaciones
previas, guías, cronograma y procedimientos disponibles en el servidor del
laboratorio remoto.
 El estudiante o investigador remoto debe tener manejo de la temática y
herramientas a utilizar y desarrollar durante la experimentación remota.
Con respecto a las tecnologías y/o equipos a utilizar en el lado del cliente,
tomando como referencia a García-Zubía (2007) [9], las características son:
 Aplicación Multiplataforma: funcionamiento sobre diferentes sistemas
operativos.
 Aplicación invasiva
o intrusiva: permisos para acceder al equipo de
cómputo del usuario o establecer conexiones.
 Proveedores: posibilidad de utilizar herramientas de diferentes proveedores.
33
 Instalación requerida: necesidad de instalación de drivers, plugins o players.
 Ancho de banda: mayor o menor necesidad de ancho de banda para el
funcionamiento de la aplicación.
 Audio y video: Soporte de audio y video por parte de la aplicación.
El “Servidor” conformado por un servidor de laboratorio y un servidor Web,
también presentan características en el entorno actual de los laboratorios remotos,
que se mencionan a continuación, tomando como referencia a Riman (2011) [10]:
 Autenticación: todo sistema que necesite de acceso de usuarios, requiere
autenticación para de esta manera solo permitir el ingreso de usuarios
registrados; en el caso de los laboratorios remotos la autenticación para
cada estudiante debe estar conformada con un nombre de usuario
“username” y una contraseña “password”. Esta característica es importante
desde el punto de vista de protección del sistema, ya que su
implementación asegura disminuir los niveles de riesgos de seguridad en el
servidor. Riesgos de seguridad en el servidor que pueden presentarse sin
una adecuada configuración de autenticación son:
a. El acceso no autorizado a documentos privados o confidenciales en el
sistema de archivos del servidor.
b. La disponibilidad de información sobre el equipo de cómputo servidor
que podría ser utilizada por personas o usuarios no autorizados, para
ingresar al sistema.
c. Errores que permiten a intrusos ejecutar comandos en el servidor
provocando fallas en el sistema.
d. Denegación del servicio por saturación de la red, debido al bloqueo del
servidor causado por envío permanente de mensajes.
34
En la figura 13, se muestra un ejemplo sencillo de autenticación, donde se solicita
nombre de usuario y contraseña para el ingreso a un Laboratorio Remoto.
Figura 13. Ejemplo de Autenticación.
 Agendamiento: La programación de horarios para sistemas como los
laboratorios remotos es una característica a tener en cuenta, debido a que
permite la optimización del ingreso de los usuarios a la plataforma remota,
evitando congestiones y conflictos por los probables intentos de ingreso al
mismo tiempo por parte de los estudiantes, lo cual provoca saturación y la
no obtención del servicio generando un impacto negativo en la utilización
del LR. En la figura 14, se muestra un ejemplo sencillo de agendamiento
para Laboratorio Remoto.
35
Figura 14. Ejemplo Agendamiento.
 Interfaz de usuario: Es un entorno multiusuario y colaborativo que facilita la
comunicación entre el estudiante y/o investigador remoto y el experimento a
desarrollar, la interrelación se produce a través de un navegador web que
debe permitir:
a. La gestión de acceso: Por ejemplo la gestión de acceso de administrador o
docente para crear y borrar cuentas, comprobar y manejar los tiempos de
acceso. Así como también agregar o eliminar información específica de las
experiencias a desarrollar.
b. Módulos de usuario: La interfaz de usuario debe contener módulos, con los
cuales el estudiante remoto y/o investigador pueda identificarse con nombre
de usuario y contraseña, seleccionar y verificar posibles horarios de
agendamiento, estudiar conceptos previos acerca del laboratorio a realizar,
visualizar resultado para posterior análisis y tratamiento, enviar informes a
través de la interfaz.
En la figura 15 se muestra un ejemplo de Interfaz de usuario para Laboratorio
Remoto.
36
Figura 15. Ejemplo Interfaz de usuario para Laboratorio Remoto.
 Base de datos: Es un sistema gestor que contiene registros con respecto a
usuarios, perfiles, horarios, experimentos, resultados e informes; este
sistema gestor o servidor de base de datos utiliza tablas que administran la
información
de
los
mencionados
registros
teniendo
en
cuenta
documentación referente a contraseñas, correo electrónicos, calendario,
guías de laboratorio entre otros. Un ejemplo de modelo de base de datos se
observa en la figura 16.
37
Figura 16. Modelo base de datos sencillo Laboratorio Remoto.
Todas estas características del lado del cliente y del lado del servidor sumadas a
la implementación de un laboratorio remoto causan varias ventajas en el desarrollo
de experiencias o clases prácticas, como las mencionadas en Zamora (2010) [11]:

Se presentan menos daños y averías por uso incorrecto de los equipos,
logrando de esta manera optimizar los equipos del laboratorio, además de
generar seguridad en las prácticas.
 Con los laboratorios remotos, las universidades fortalecen su imagen ante
entidades gubernamentales reguladores como el MEN4 (Ministerio de
Educación Nacional), debido a que hace uso de las Tecnologías de la
Información y la Comunicación - TIC como herramienta diferencial en la
educación y mejora su Good Will5 teniendo en cuenta que al estudiante se
le amplía su oferta horaria.
4
MEN: (Ministerio de Educación Nacional)
5
Good Will: Termino en economía que determina un bien intangible que refleja un aumento de ingreso
38

Generan flexibilidad al horario, porque facilitan su experimentación, aunque
el laboratorio y el estudiante no tengan coincidencia en el espacio físico.

La enseñanza se adecua a las circunstancias y necesidades de los
estudiantes.
 Teniendo en cuenta las mediciones realizadas a las IES (Instituciones de
Educación Superior) por entidades como el MEN, acerca de la calidad de la
educación y la investigación; el uso de TIC en la educación y el
acompañamiento en el trabajo independiente de los estudiantes; el
laboratorio remoto puede ser considerado como un indicador de la calidad.
 Un laboratorio remoto permite enseñanza constructivista generando
aprendizaje significativo y autónomo, además es una herramienta rentable
para el estudiante en su formación porque este puede seguir adquiriendo
conocimientos fuera de los “horarios normales”, incrementando la
dedicación por parte del estudiante en la realización de las prácticas de
laboratorio.
 Ofrece un medio para realizar las actividades independientes de los
estudiantes en el área práctica, mejorando y reforzando de esta manera el
proceso de aprendizaje.

Se aprovechan los recursos humanos y materiales de los laboratorios
tradicionales. Al integrar, las herramientas necesarias para la ejecución de
las prácticas, mejorando así, la disponibilidad de la infraestructura y equipos
del laboratorio.
En los LR otra de las grandes ventajas implícitas, está relacionada con su nombre,
y es el monitoreo, acceso y manipulación remota que es posible realizar con su
39
implementación; uno de los entornos de desarrollo gráfico más robustos con el
que se pueden realizar dichas acciones es LabVIEW6, diseñado por la empresa
National Instruments (NI); tiene la capacidad de ejecutar procedimientos en
paralelo, es decir es un software multiproceso. Adicionalmente es una herramienta
basada y estructurada en programación a diagramas de bloques, utilizado
ampliamente en aplicaciones educativas e industriales. En la figura 17, se muestra
un diagrama a bloques resultante de la programación en LabVIEW, en donde se
determina el grado de eficacia de datos que se transmiten a través de la red antes
de que se congestione y se deba bloquear antes de aceptar nuevos datos.
Para un funcionamiento óptimo de un laboratorio remoto, es necesaria la
existencia de un servidor Web con interface de comunicación con software que
pueda manejar aplicaciones en tiempo real; una herramienta de programación con
capacidad para trabajar conjuntamente con un equipo de computo como servidor
Web es la mencionada en el párrafo anterior llamada LabVIEW, donde los
programas desarrollados en ésta herramienta son llamados VI’s (Virtual
Instruments) o Instrumentos Virtuales.
Los Instrumentos Virtuales están constituidos por una panel frontal que actúa
como interfaz de interacción entre el usuario final (para el caso de un LR,
estudiantes e investigadores) y el programa en ejecución; y por una estructura de
diagramas a bloques donde nodos o funciones son conectados a través de cables
gráficos ejecutando transferencia de datos. En la figura 18 se muestra un ejemplo
de panel frontal de LabVIEW y en la figura 19 se ilustra un diagrama a bloques
típico de un programa en LabVIEW.
6
LabVIEW: Laboratory Virtual Instrumentation Enginnering Workbench
40
Figura 17. Diagramas a bloques programación LabVIEW.
42
Figura 18. Panel Frontal de LabVIEW.
Figura 19. Flujo de datos en forma de diagramas a bloques de LabVIEW.
43
LabVIEW dentro de sus características maneja un servidor Web por medio del
cual es posible “subir” los VI’s desarrollados a Internet, para habilitar este servicio
se deben seguir los siguientes pasos:
1. Acceso al servidor Web del VI: Buscar en el menú principal la opción Tools
y seleccionar Web Publishing Tool, con lo cual se abre el sub-menú
mostrado en la figura 20, en el cual se escoge el instrumento virtual que va
a ser utilizado en el servidor Web de LabVIEW, de la misma manera
también se selecciona el modo de visualización, el cual tiene tres opciones:
 Embebido o Integrado: Se incorpora el panel frontal del Instrumento
Virtual en la página Web, para que éste pueda ser visto por y
controlado de forma remota por los estudiantes e investigadores. En
ésta opción de visualización se puede seleccionar si hay solicitud de
control o no del VI cuando se establece la conexión.
 Imagen Instantánea: Muestra una imagen estática del Instrumento
Virtual en el panel frontal.
 Monitor: Muestra una imagen instantánea que se actualiza
continuamente de acuerdo a configuración previamente ingresada.
Teniendo en cuenta las particularidades de un Laboratorio Remoto, en el modo de
visualización se debe escoger la opción Embebido o Integrado para permitir la
teleoperación de los instrumentos virtuales.
44
Figura 20. Selección de VI y opción de visualización – Select VI and Viewing Options.
2. Seleccionar salida HTLM: Después de seleccionar el instrumento virtual y el
modo de visualización, a continuación se ingresa el titulo del documento y el
contenido HTML para la pagina web que va a ser visualizada desde el
servidor Web, en la figura 21 se muestra el sub-menú donde se muestran
las configuraciones mencionadas en éste ítem.
45
Figura 21. Selección de salida HTML – Select HTML Output.
3. Finalizar la habilitación del servidor web: Para finalizar, en la figura 22 se
muestra el sub-menú donde se selecciona la ubicación dentro del equipo de
computo, donde estará guardada la pagina Web que tiene el instrumento
virtual que será visualizado y maniobrado por el estudiante o investigador,
el nombre de la pagina web se configura con extensión html.
46
Figura 22. Finalización de la habilitación del servidor Web.
En la articulación de conceptos y requerimientos para la implementación de un
Laboratorio Remoto, también se debe tener en cuenta la interconexión entre los
estudiantes y/o investigadores ubicados en sitios remotos y la infraestructura del
LR, en la figura 23 se muestra un diagrama donde se ilustran las relaciones
existentes entre los elementos que conforman un Laboratorio Remoto.
47
Figura 23. Diagrama diseño de laboratorio remoto.
Plataforma
Física
Aprendizaje con
orientación técnica
y pedagógica
Cámara
Servidor
Laboratorio
Interfaz acceso
remoto
Desarrollo guías de
laboratorio
Estudiante
remoto
48
5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS.
5.1 IMPLEMENTACIÓN DE UN LABORATORIO REMOTO.
Teniendo en cuenta que el proyecto de investigación “IMPLEMENTACIÓN DE UN
LABORATORIO REMOTO (LR) EN EL ÁREA DE MICROPROCESADORES EN
LA CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC” es la segunda fase
del proyecto DESARROLLO DE UN LABORATORIO REMOTO (LR)
EN EL
ÁREA DE MICROPROCESADORES EN LA CORPORACIÓN UNIVERSITARIA
DE LA COSTA, CUC; en el análisis de los resultados existirán elementos comunes
en los proyectos de investigación mencionados
Para la implementación de un Laboratorio Remoto actualmente no
existe un
protocolo, metodología o procedimiento generalizado y unificado, pero teniendo en
cuenta los elementos y relaciones entre ellos estudiados a lo largo de este escrito,
se puede hacer una aproximación de cuáles deben ser los pasos o como se debe
realizar la implementación de un laboratorio remoto.
El primer componente a tener en cuenta en la implementación de un LR va
direccionado hacia el hecho de que la experimentación remota, además de ser
una infraestructura enmarcada en un contexto técnico para tener interacción con
recursos locales y físicos del laboratorio desde una ubicación remota, acción que
puede resultar en algún momento didáctica y complementaria, también debe tener
en cuenta una orientación pedagógica, para de esta manera obtener un entorno
integral de prácticas de laboratorio mejorando de esta manera la adquisición y
consolidación de los conocimientos por parte del estudiante.
De la misma manera y de forma transversal a la orientación pedagógica
comentada, es necesario por parte del estudiante remoto que tenga conceptos
previos teóricos de la temática a experimentar, así como un conocimiento del
49
funcionamiento de la infraestructura del laboratorio remoto para tener un manejo
efectivo de las herramientas, de lo anterior se puede inferir que es necesario que
exista en el diseño del LR, una parte teórica de los tópicos a examinar y
comprobar mediante prácticas, en forma de temas de formación consignados en
una guía de laboratorio, las cuales podrían ser accedidas a través de un LMS.
Mencionado lo anterior y como aporte al análisis de resultados se puede inferir
que las guías de laboratorio deben permanecer disponibles y accesibles para los
estudiantes remotos o investigadores cuando se encuentren realizando las
prácticas de laboratorio, además, las guías deben seguir un estándar o deben
estar compuestas de las siguientes partes:

Identificación del laboratorio remoto.

Identificación del área temática

Objetivo de formación, Competencia a desarrollar y logro a alcanzar

Introducción o base teoría.

Procedimiento experimental, explicación de las actividades a realizar.

Plan de evaluación, análisis de resultados y sus conclusiones.

Bibliografía.
Las actividades de experimentación son maneras esenciales de interrelacionar las
horas de teoría con los conocimientos prácticos, de ahí la importancia de las guías
de laboratorio en el diseño de un LR, estas no solo se deben tener en cuenta
como un requisito para la presentación de un informe o como evidencia de
conocimientos afianzados, también deben ser tenidas en cuenta para el diseño y
desarrollo de las experiencia, debido a que se convierten en su carta de
navegación.
50
Como análisis de resultados también se caracteriza un diagrama de acciones o
usos determinados por los distintos usuarios que existen en un Laboratorio
Remoto, mostrado en la figura 24.
Figura 24. Diagrama de acciones usuarios Laboratorio Remoto.
51
Muchas de las acciones o actividades complementarias a desarrollar en un
ambiente de aprendizaje como lo es un Laboratorio Remoto, pueden ser
realizadas a través de un LMS (Learning Management System); uno de los
sistemas de gestión de cursos de distribución libre más utilizados a nivel mundial
es Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment), con más de
45 millones de usuarios; como su nombre lo indica su ambiente de aprendizaje
está basado en módulos y bloques, cada uno con distintas funcionalidades, se
destacan: Modulo de Foro, Modulo de Tareas, Modulo de Cuestionario, Modulo de
Chat, entre otros.
52
6. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO.
Después de analizar algunas características de la actualidad de los laboratorios
remotos, es necesario mencionar sus tendencias vigentes. Una de estas
tendencias es la integración de los LR con Moodle, que es un Sistema de Gestión
de Cursos de Código Abierto (Open Source Course Management System, CMS),
conocido también como Sistema de Gestión del Aprendizaje (Learning
Management System, LMS) o como Entorno de Aprendizaje Virtual (Virtual
Learning Environment, VLE) [6].
En este LMS es posible realizar diversas
actividades que soportan la educación virtual como participación en foros, envío
de tareas y/o trabajos a través del sistema, realización de exámenes on-line,
visualización de recursos educativos, entre otros; Pero para actividades prácticas
concretas referentes a laboratorios en ciencias aplicadas no se encuentran
solución en los LMS, caso contrario sucede con los LR con los cuales se pueden
implementar laboratorios en entornos de educación no presencial; por ésta razón
la integración de los LR con los sistemas de gestión de aprendizajes LMS debe
ser una de las finalidades de los trabajos futuros en el desarrollo de los
laboratorios remotos.
Otra de las tendencias o líneas futuras a trabajar sobre los laboratorios remotos es
el desarrollo de entornos inmersivos y de realidad aumentada para lograr más
participación e interacción del estudiante y/o investigador con los experimentos a
desarrollar, uno de estos entornos más representativos a nivel internacional es
Second Life, el cual es mundo virtual en tercera dimensión (3D) o metaverso7; en
la figura 25 y 26, se muestra un ejemplo de un laboratorio remoto en la
Universidad de Deusto, donde se ha empezado a implementar entornos
interactivos inmersivos. Otro ejemplo acerca de la utilización de entornos
inmersivos en la enseñanza se presentó en el Foro Internacional de Contenidos
7
Metaverso: Entorno de interacción social en un espacio 3D virtual que actúa asemejándose al mundo real, a
través de un Avatar o Icono (Representación Virtual de una persona)
53
Digitales – FICOD, evento transmitido vía streaming a través Second Life, en el
cual los asistentes tienen la posibilidad de interactuar con el foro, en la figura 27,
se muestra una imagen del evento.
Figura 25. Ejemplo Tendencia Laboratorio Remoto – Entorno Inmersivo.
Fuente: Universidad de Deusto, weblabdeusto.
54
Figura 26. Ejemplo Tendencia Laboratorio Remoto – Teleoperación en Entorno
Inmersivo.
Fuente: Universidad de Deusto, weblabdeusto.
Figura 27. Ejemplo Entorno Inmersivo en la Educación.
55
De la misma manera, líneas futuras a desarrollar acerca de los laboratorios
remotos,
están
relacionadas
con
temáticas
que
también
están
siendo
desarrolladas actualmente en el ámbito de las TIC, como la Web 3.0 y/o la Web
Semántica, donde el contenido y los datos existentes en los servidores en la Web
son entendibles por los equipos de computo y
no solamente la estructura
sintáctica de la información. Esta nueva versión de la Web es capaz de posibilitar
la “comunicación” entre distintas páginas, lo que la hace especialmente acertado
para la red de conocimiento o interacción de los variados laboratorios remotos de
las distintas universidades a nivel mundial, es decir trabajo colaborativo formativo
e investigativo entre varias IES.
Los laboratorios remotos tienen la característica preponderante de ser accedidos
de forma monousuario, es decir solo un usuario a la vez puede realizar el
experimento, lo que hace necesario como trabajo futuro implementar tecnologías y
arquitecturas que permitan tener un acceso multiusuario. Igualmente no se puede
dejar de lado el componente pedagógico, sobre el cual se debe trabajar en el
desarrollo y apropiación de competencias en la relación estudiantes y uso de los
laboratorios remotos.
56
7. BIBLIOGRAFÍA.
[1] Tirado Morueta, Ramón. Las tecnologías avanzadas en la enseñanza: aspectos
psicopedagógicos. España: Red Comunicar, 2006. p 7.
[2] L. Rosado y J.R. Herreros, Laboratorios virtuales y remotos en la enseñanza de
la Física y materias afines, Didáctica de la Física y sus nuevas Tendencias,
Madrid, UNED, pp. 415-603, 2002.
[3] L. Rosado y J.R. Herreros, Internet y Multimedia en Didáctica e Investigación
de la Física. Tratado teórico práctico para profesores y doctorandos, Madrid,
UNED, 2004.
[4] Ko, C.C., Chen, B.M., and Chen, J. Creating Web-based Laboratories.
Springer. 2005.
[5] J. García-Zubía, Estrategias de diseño de laboratorios remotos, capítulo
Español IEEE. 2008
[6] S. Marchisio, F. Lerro, O. Von Pamel, Empleo de un Laboratorio Remoto para
promover aprendizajes significativos en la enseñanza de los dispositivos
electrónicos. Pixel-Bit. Revista de Medios y Educación, pp. 129 – 139. 2010.
57
[7] H. Vargas, J. Sánchez, S. Dormido. Proyecto AutomatL@bs: Red
Interuniversitaria de Laboratorios de Control Automático a través de Internet.
Departamento de Informática y Automática, UNED. 2008.
[8] L. Blanco y E. Silva, Herramientas pedagógicas para el profesor de ingeniería.
Bogotá: Lemoine Editores, 2009, pp. 97-114.
[9] García-Zubía, J., Advances on Remote Laboratories and e-learning
Experiencies, Deusto Publicaciones, 2007.
[10] C. Riman, A. El Hajj, I. Mougharbel, A Remote Lab Experiments Improved
Model, International Journal of Online Engineering, 2011.
[11] R. Zamora, Laboratorios Remotos: Análisis, Características y Desarrollo.
Educosta. 2010.
Report of the Expert Meeting on Virtual Laboratories – UNESCO, 2000, Paris.
MARTIN, Carla, DORMIDO, Sebastián, URQUIA, Alfonso. Modelado orientado a
objetos de laboratorios virtuales con aplicación a la enseñanza del control de
procesos químicos. Madrid, UNED, 2005.
L. Gil, E. Blanco y J.M. Aulí, “Software educativo orientado a la experimentación”, I
Congreso Internacional de Docencia Universitaria e Innovación, Barcelona,
Universidad de Barcelona, pp. 118, 2000.
S. Bermejo y A. Saboya, “Tutores inteligentes basados en asistentes personales”,
XI Congreso Universitario de Innovación Educativa en las Enseñanzas Técnicas,
2003.
58
T. Kikuchi, T. Kenjo y S. Fukuda, “Remote laboratory for a brushless motor DC”,
IEEE Transactions on Education, 44(2), pp. 12, 2001.
Jiménez, L.M., Puerto, R., Reinoso, O., Fernández, C., Ramón, Ñ.; (2005). RECOLAB: Laboratorio remoto de control utilizando Matlab y Simulink; En: Revista
Iberoamericana de automática e informática industrial, Vol. 2, Núm. 2, pp. 64-72.
L. Blanco y E. Silva, Herramientas pedagógicas para el profesor de ingeniería.
Bogotá: Lemoine Editores, 2009, pp. 97-114
Sharing a Vision: Systems and Algorithms for Collaboratively-Teleoperated Robotic
Cameras, Autor: Dezhen Song, Editorial o Publisher: Springer; 1 edition (January
22, 2009).
Web-Based Control and Robotics Education, Editor: Spyros G. Tzafestas, Editorial
o Publisher: Springer; 1 edition (August 14, 2009).
A Multiuser Virtual–Reality Environment for a Tele–Operated Laboratory, H. Hoyer,
A. Jochheim, C. Röhrig, A. Bischoff. IEEE Transactions on Education, VOL. 47,
NO. 1, February 2004.
59
Dormido S. “Control Learning: Present and Future” Annual Reviews in Control, vol.
28, 2004
Calvo, I., Marcos, M., Orive D., Sarachaga I. “Building Complex Remote
Laboratories”, Computer Applications in Engineering Education, Accepted to be
published in January 2008
Calvo, I., López, F., Zulueta, E., Pascual, J. “Laboratorio de control remoto de un
sistema de Ball & Hoop”, XXIX Jornadas de Automática, JAT08, Tarragona,
Septiembre, 2008,
60