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Proyecto de Integración de Laboratorios Virtuales y Remotos
iLabViR
Con el apoyo de:
http://ilabvir.upc.edu
Enero 2012
iLabViR
1. INTRODUCCIÓN La irrupción de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación (TIC) está provocando cambios muy importantes en nuestra sociedad, los cuales afectan a ámbitos tan diversos como el laboral, el social, el del ocio, el cultural o el educativo. En la actualidad, estas tecnologías son un elemento de desarrollo y de transformación social y económica tan relevante como lo fueron en su época la rueda, la imprenta o la máquina de vapor. En el ámbito universitario, en la educación secundaria, en la formación profesional y en la educación a distancia, la enseñanza de las materias científicas y tecnológicas debe conjugar equilibradamente la fundamentación científico-técnica necesaria para comprender los fenómenos y las aplicaciones básicas, el conocimiento de las soluciones técnicas en una gama amplia de aplicaciones, y finalmente, la experimentación práctica que permitan al alumnado, de forma adecuada, la adquisición de las competencias básicas. Dada la importancia que, para la formación académica de los alumnos, tiene la realización de experimentos y prácticas en estas materias, hay que potenciar la formación práctica y buscar nuevas formas de acceso a los recursos que ofrecen los laboratorios de experimentación y los talleres de prácticas. Sin embargo, en la concepción tradicional, la implantación y el uso de los laboratorios docentes y de las aulas-taller en los centros educativos están limitados y condicionados por factores económicos, espaciales y temporales: 1) Factores económicos. El elevado coste que representa la adquisición y mantenimiento de equipamiento dificulta enormemente la renovación y la ampliación de los laboratorios y aulas-taller. 2) Factores espaciales. La masificación y la falta de espacio en los centros educativos impide disponer de suficientes laboratorios y aulas-taller. 3) Factores temporales. El horario de acceso a los laboratorios y a las aulas-taller está restringido a determinadas horas dentro del horario escolar y con la presencia de profesorado responsable. Por lo tanto, permanece cerrado e infrautilizado durante bastante tiempo. Todos estos factores constituyen una enorme barrera que impide un uso más racional, amplio y flexible de los recursos existentes en los centros educativos para la formación práctica. Sin embargo, este obstáculo se puede reducir notablemente utilizando nuevos recursos innovadores, como las diversas variantes de Laboratorios Virtuales (se trata, básicamente, de aplicaciones y sistemas de simulación) y de Laboratorios Remotos. En estos últimos, se accede a través de Internet a un sistema físico real para su manipulación directa o experimentación en tiempo real.
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2. ¿QUÉ ES iLabViR? iLabViR es un proyecto de investigación y de innovación educativa que consiste en el desarrollo experimental de una plataforma de interoperabilidad para el fomento, difusión, explotación y gestión de laboratorios virtuales y remotos, para la realización de prácticas reales a distancia y experimentos online, con acceso remoto a través de Internet, de materias científicas y tecnológicas. Se pretende implementar una plataforma altamente escalable y flexible que permita integrar diferentes tipos de laboratorios virtuales y remotos, con independencia de la tecnología empleada por cada uno de ellos, así como posibilitar su incorporación dentro de una plataforma de e-learning como, por ejemplo, Moodle. Su configuración y estructura flexible, modular y escalable, debe permitir también la realización de estas prácticas y experimentos in-situ de manera presencial. Se pretende, además, estudiar, analizar y evaluar su utilidad en el ámbito educativo, la viabilidad práctica, el impacto pedagógico y la respuesta por parte del alumnado y del profesorado. También es objeto de este proyecto proponer un recurso de innovación educativa y de grandes perspectivas de futuro, determinar las ventajas que este sistema puede aportar en los diferentes niveles educativos y detectar los posibles problemas e inconvenientes que pueda presentar. Este proyecto, "Plataforma de interoperabilidad para laboratorios Universitarios" (ref. TSI-020110-2009-432), está financiado por el subprograma Avanza I + D de la Secretaría de Estado de la Sociedad de la Información del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.
3. OBJETIVOS DEL PROYECTO Los objetivos y aspectos más relevantes de este proyecto son: • Impulsar y mejorar la formación práctica de materias del ámbito científico y tecnológico, a través de una metodología innovadora que integra plenamente las TIC, en los ámbitos preuniversitario (educación secundaria, bachillerato, formación profesional, educación a distancia, formación ocupacional, etc.), universitario y empresarial. • Ofrecer un recurso pedagógico, útil e innovador. • Aumentar el nivel de acceso a la realización de prácticas y experimentos con un menor coste de gestión, personal, mantenimiento y desplazamientos.
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• Favorecer la gestión eficiente de recursos. • Permitir al alumnado incorporar el uso de las nuevas tecnologías en su aprendizaje y fomentar las TIC, con lo que ganará en calidad y autonomía. • Potenciar la motivación y la dinamización del proceso de aprendizaje del alumnado y favorecer la adquisición de competencias básicas. • Impulsar la innovación educativa mediante la incorporación de las nuevas tecnologías. • Flexibilizar el acceso en la realización de experimentos reales y prácticas, a cualquier hora del día y desde cualquier lugar donde haya disponible un ordenador y conexión a Internet. • Potenciar la enseñanza a distancia, el e-learning y el autoaprendizaje, las 24 horas del día, los 365 días del año. Permitir su integración en entornos tipo Moodle u otros. • Desarrollar nuevas estrategias docentes y propiciar la personalización, la tutorización y el trabajo cooperativo. • Investigar y evaluar las ventajas que los laboratorios virtuales y remotos pueden aportar en la enseñanza. Su utilización puede suscitar nuevas líneas de trabajo e investigación, abriendo la posibilidad al desarrollo de nuevas estrategias docentes en materias de carácter científico-técnico. • Promover una red nacional de laboratorios virtuales y remotos.
4. CARACTERÍSTICAS DE LA PLATAFORMA iLabViR Las características principales y más destacadas de la plataforma iLabViR son las siguientes: • Plataforma versátil, modular y flexible, adaptable a diferentes tipos de prácticas y experimentos, que integra recursos docentes de diferente naturaleza y desarrollados por equipos diferentes sobre plataformas diversas. • Sistema altamente escalable (independiente de las diferentes tecnologías que pueda integrar) que permite, de manera accesible y sencilla, la incorporación de diferentes experimentos y prácticas, y la replicación de estos, para posibilitar el acceso simultáneo a un número variable de usuarios. • Plataforma fácilmente ampliable sin necesidad de modificar toda la estructura preexistente, dado que dispone de una arquitectura y una configuración modular flexible escalable. • Sistema adaptable a entornos e-learning a través de plataformas tipo Moodle u otros.
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• Proporciona un acceso seguro y robusto, con gestión de recursos y reservas, así como registro de actividades para poder llevar a cabo actividades de evaluación. • Configuración adaptada a diferentes tipos de usuarios y complementada con materiales didácticos. • Tecnología informática con una arquitectura para sistemas de altas prestaciones que soporta el acceso a un gran número de usurarios simultáneos, de manera ordenada y organizada. • Utilización de software libre y de código abierto. • Sistema apto, tanto para el uso presencial como remoto, permitiendo la realización de prácticas in-situ que pueden ser completadas o continuadas con prácticas remotas. • Sistema económico. Algunos laboratorios remotos incluyen una parte común, reutilizable y de bajo coste, en la que se insertan los diseños específicos que pueden ser elaborados por los propios centros educativos. • Sistema autónomo con bajas necesidades de mantenimiento que puede estar operativo de manera permanente. • Sistema abierto que posibilita y favorece el trabajo cooperativo, promueve la colaboración entre centros educativos y admite la aportación de nuevas prácticas. • Entorno distribuido, con acceso TCP / IP a las diversas prácticas. En algunos laboratorios cada placa de control y experimentación tiene asignada una dirección IP única, lo que permite que puedan estar ubicadas físicamente en cualquier lugar del mundo y, sin embargo, formar parte de la misma plataforma virtual del laboratorio remoto.
5. ESTRUCTURA Y DESCRIPCIÓN DE LA PLATAFORMA El esquema conceptual simplificado de un laboratorio virtual y remoto es el que se representa en la figura. El estudiante puede acceder, en tiempo real, a las diferentes prácticas y experimentos del laboratorio virtual y/o remoto, desde cualquier ordenador con conexión a Internet.
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La arquitectura de la plataforma iLabViR está formada por 3 subsistemas totalmente independientes entre sí, además de los sistemas adicionales que cada laboratorio virtual y remoto dispone:
El sistema de gestión reservas y recursos que es el módulo que permitirá poder realizar una reserva previa de la práctica o experimento.
El módulo Moodle para poder realizar las prácticas y experimentos a través de un entorno Moodle o similar.
El repositorio de experimentos que es donde se encontrarán todas las configuraciones iniciales y recursos adicionales para poder ejecutar.
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6. LABORATORIOS VIRTUALES y REMOTOS Relación y breve descripción de los laboratorios virtuales y remotos que integran el proyecto iLabViR: LABORATORIO
TIPO
CENTRO
RESPONSABLE
DESCRIPCIÓN
LEARN-SQL
Virtual
FIB
Alberto Abelló
Herramienta para el apoyo de laboratorios en el ámbito de las bases de datos.
LaViCAD
Virtual
ETSETB
Marga Cabrera
Plataforma interactiva para clasificados por asignaturas.
iLabRS
Remoto
ETSETB
Ramon Bragós
Plataforma modular para la realización de prácticas remotas online orientado a la enseñanza. no universitario. Experimentos disponibles: E001. Determinación de la curva esfuerzo-deformación de un material. E002. Medida de la radiación y potencia de luces cotidianas. E003. Introducción a la robótica. Control de un brazo robot. E101. Estudio de la característica tensión-corriente (V / I) de un resistor. E102. Estudio de la característica tensión-corriente (V / I) de un diodo de silicio. Polarización directaY inversa. E103. Estudio de la característica tensión-corriente (V / I) de un diodo de germanio. Polarización directa e inversa. E104. Estudio de la característica V / I de un LED. E105. Estudio de la característica V / I de un diodo Zener. E106. Estudio del funcionamiento de un condensador. Curvas de carga y descarga. Constante RC. E201. Estudio de circuitos con diodos: rectificador de media onda. E202. Estudio de circuitos con diodos: rectificador de onda completa. E203. Circuito estabilizador en fuentes de alimentación. E301. El transistor. Curva característica de salida. E302. El transistor. Recta de carga. Punto de trabajo. E303. El transistor. Análisis como amplificador. EEM. Medida de la característica esfuerzo-deformación de un material. ERP. Medida de radiación, potencia y eficiencia de luces. EBR. Introducción a la Robótica. Control de un brazo robot.
OLR01
Remoto
FIB
Josep Fernández
Acceso remoto a robots industriales.
OLR02
Remoto
FIB
Josep Fernández
Acceso remoto a robots móviles.
CITCEA
Remoto
ETSETB
Guillermo Coromina
Laboratorios remotos y virtuales para la formación en mecatrónica y enertrónica.
RWLab
Remoto
ETSECCPB
Xavier Gironella
Acceso remoto a una instalación experimental de ingeniería marítima para la docencia, investigación y difusión del conocimiento.
Lab619
Virtual
ETSETB
Antoni Gasull
Conjunto de 30 ejercicios y aplicaciones con una interfaz común para facilitar la comprensión de conceptos de la asignatura de señales y sistemas analógicos.
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Virtual
ETSETB
F. Vallverdu
Herramienta para el estudio de señales y sistemas discretos.
MERIT
Virtual
ETSETB
Juan
Desarrollo de simuladores para la realización de prácticas sobre
Off-line
Off-line
Manuel
ofrecer
recursos
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docentes
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Off-line
Ríos
el modelo de sistema WiFi con repetidor intermedio y análisis de una línea de transmisión con diferentes métodos numéricos.
FIB: Facultad de Informática de Barcelona. ETSETB: Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación de Barcelona. ETSEIB: Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona. ETSECCPB: Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona.
7. APLICACIONES EN LA ENSEÑANZA Este proyecto de plataforma de interoperabilidad de laboratorios virtuales y remotos pretende contribuir positivamente, y de una manera activa, en el aprendizaje de materias científicas y tecnológicas de la ESO y del bachillerato (tecnologías, electrotecnia, tecnología electrónica, tecnología industrial, física, ciencias experimentales,...), de la formación profesional y ocupacional, de la formación a distancia y de la formación continua empresarial. Asimismo, permite que instituciones y centros educativos de Cataluña (y también del resto del estado español) puedan llevar a cabo determinadas prácticas reales y experimentos on-line con acceso remoto mediante Internet, muchos de los cuales no son posibles de realizar actualmente en los centros educativos por falta de equipamiento específico. También se pone al alcance de los centros de enseñanza, los docentes y los estudiantes un valioso recurso tecnológicamente avanzado, con un gran potencial de futuro, que integra plenamente las TIC. Por lo tanto, sus aplicaciones en la enseñanza de materias científicas y tecnológicas, y en diferentes niveles educativos, son numerosas. Y la contribución esperada muy válida y eficaz, dado que permite aumentar el nivel de acceso a la realización de prácticas y experimentos con un menor coste de gestión, personal, mantenimiento y desplazamientos, ofrece un recurso complementario útil e innovador, y fomenta el uso de las TIC.
8. CONTACTO Proyecto iLabViR (Integración de Laboratorios Virtuales y Remotos) Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) E-mail: info.ilabvir @ upc.edu URL: ilabvir.upc.edu
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