IEEE-RITA Vol. 4, Núm. 1, Feb. 2009

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El aprendizaje activo mediante la autoevaluación utilizando un laboratorio virtual Pilar Fernández Sánchez, Angel Salaverría Garnacho, Jacinto González Dacosta y Enrique Mandado Pérez, miembro, IEEE

Title— Active learning through self-assessment using a virtual laboratory. Abstract— This paper describes an interactive assessment tool that may be used by the students after reading the theoretical lessons and before going to the laboratory. It combines a virtual laboratory and an assessment method to achieve a self-learning system. The virtual laboratory is made up of a set of virtual experiments with a user-friendly graphic interface and interactive simulated electronic instruments relating practical and theoretical concepts. The tool matches the constructivist theory and does not directly answer the questions but uses the virtual laboratory to present the solution to the student. Using this tool the student learns from his mistakes. Index Terms— Virtual laboratory, computer aided education, self-assessment, learning system.

I. INTRODUCCIÓN

E

L gran desarrollo experimentado por las Tecnologías de la Información y Comunicaciones (en adelante TIC) en las dos últimas décadas, abre nuevas vías de investigación aplicada y desarrollo tecnológico que den como resultado la obtención de herramientas basadas en computador que puedan ser utilizadas para elevar el rendimiento del proceso educativo, elevar la capacidad de autoaprendizaje del estudiante, facilitar la autoevaluación de sus conocimientos y evaluar también el proceso enseñanza/aprendizaje en el que están inmersos tanto el alumno como el profesor. Por otro lado los cambios sociales ligados a la globalización, como por ejemplo el Espacio Europeo de Educación Superior (EEES), P. Fernández-Sánchez, Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad del País Vasco, 20018 San Sebastián, Instituto de Electrónica Aplicada de la Universidad de Vigo, España (e-mail: [email protected]). A. Salaverría, Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad del País Vasco, 20018 San Sebastián, Instituto de Electrónica Aplicada de la Universidad de Vigo, España (e-mail: [email protected]). J. González Dacosta, Departamento de Informática (Área de Leng. y Sist. Informáticos) e Instituto de Electrónica Aplicada, Universidad de Vigo, 36210 Vigo, España (e-mail: [email protected]). E. Mandado, Departamento de Tecnología Electrónica e Instituto de Electrónica Aplicada, Universidad de Vigo, 36210 Vigo, España (e-mail: [email protected]). DOI (Digital Object Identifier) Pendiente

crean un entorno propicio para el desarrollo de nuevas formas de llevar a cabo el proceso de enseñanza y aprendizaje. Un área del conocimiento humano en la que el proceso educativo muestra en la actualidad grandes carencias es la relativa a las Tecnologías Complejas que son aquellas que, como por ejemplo la Electrónica, poseen un conjunto de conceptos interrelacionados que dan lugar a sistemas difíciles de aprender[1], [2]. Debido a ello, en el aprendizaje de las Tecnologías Complejas, surge un conjunto de problemas entre los que destacan la carencia de metodologías pedagógicas eficaces, la falta de atractivo de los recursos que se ponen a disposición del estudiante, que está acostumbrado a los retos de los videojuegos, y la falta de adaptación de dichos recursos a la diversidad y al nivel de conocimiento de los estudiantes. Habitualmente, la autoevaluación en entornos virtuales de aprendizaje se realiza mediante cuestionarios formados por un conjunto de preguntas de opción múltiple o verdadero/falso [3], [4]. Si bien dicho método es válido en algunas ocasiones, en general el alumno no obtiene una visión práctica a partir de sus repuestas. Un método ideal, en el terreno de la ingeniería que nos ocupa, sería que, después de responder a cada una de las preguntas formuladas, el alumno fuese al laboratorio para realizar el montaje práctico del circuito motivo de la pregunta y comprobase la validez de su respuesta. Pero este proceso exige mucho tiempo y medios y además, si el alumno descubre en el laboratorio que su respuesta es incorrecta, tiene que buscar entre un cúmulo de papeles y apuntes la razón de su fallo. Es en este punto en el que las actuales Tecnologías de la Información proporcionan la posibilidad de desarrollar nuevas herramientas que ayuden a superar las dificultades indicadas. En este artículo se describe un sistema de autoevaluación, llamado SIPAE (Sistema Integrado para aprendizaje y Evaluación) que combina un conjunto de cuestionarios con experimentos virtuales interactivos. El laboratorio virtual, que forma el conjunto de experimentos, muestra al alumno el circuito práctico bajo análisis e incluso lo genera de acuerdo con su respuesta, y le da la oportunidad de experimentar con él como si se encontrase en el laboratorio real. El alumno aprende y es consciente de sus errores ya que los experimenta con sus propias respuestas. De esta forma, tomando en consideración la reflexión del alumno sobre sus propios errores, se va más allá de una simple evaluación formativa y se obtiene una evaluación formadora [5].

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El alumno al que va destinado este sistema estudia Tecnología Electrónica en una carrera de ingeniería. Los dispositivos electrónicos son los elementos básicos de los sistemas electrónicos y la comprensión y memorización de su comportamiento en la memoria de larga duración es muy importante, especialmente para los ingenieros de la especialidad de Electrónica [6]. De ahí el interés de los laboratorios virtuales como herramienta de autoaprendizaje y autoevaluación de los citados dispositivos. Con este sistema, el alumno es protagonista de su propio proceso de aprendizaje porque no sólo estudia la teoría y los problemas de la asignatura en cuestión sino que, además, se autoevalúa experimentando en el laboratorio virtual y puede decidir, mediante los resultados de la autoevaluación, si vuelve o no a iniciar el proceso. Finalmente el alumno acude al laboratorio real con la seguridad y la motivación que necesita. II. CONSTRUCTIVISMO PARA EL APRENDIZAJE DE LAS TECNOLOGÍAS COMPLEJAS En estos últimos años estamos asistiendo a una falta de motivación en el alumnado que trae consigo, entre otros problemas, altas tasas de abandono o carreras que se alargan más de lo aconsejable en el tiempo. Según el estudio “La universidad española en cifras 2008”, de la Conferencia de Rectores de las Universidades Españolas (CRUE), la duración de los estudios universitarios “se sitúa en torno a 5 años para tres cursos académicos” [7]. Lógicamente es el alumno es el que sufre las consecuencias inmediatas, especialmente en la universidad pública, pero es la sociedad la que asume el coste económico. Por todo ello es necesario ensayar con otros recursos de aprendizaje más motivadores que estimulen en el alumno las ganas de aprender. En la actualidad se está haciendo un gran esfuerzo por parte del profesorado, tanto en docencia como en investigación y por las instituciones en la utilización de las TIC, para conectar con el mundo del estudiante acostumbrado a comunicarse con redes sociales. La “Association for Educational Communi-cations and Technology (AECT)” tiene un espacio virtual en Second Life (mundo virtual lanzado en el año 2003), desarrollado por Linden Lab, que ha tenido una atención internacional creciente desde el año 2006, En dicho espacio es posible la simulación en contextos de aprendizaje específicos y la realización de encuentros en los que los profesores exponen de forma virtual sus experiencias como si de un congreso se tratara [8]. De acuerdo con la forma en que se relacionan actualmente los alumnos, parece obvio decir que las plataformas educativas son una buena solución. Pero a pesar de los años de su funcionamiento y de que verdaderamente son una forma fácil de preparar cursos o asignaturas con contenidos interactivos, aún se utilizan la mayoría de las veces en la actualidad, como percheros de apuntes de clase, para que de forma ordenada el alumno tenga los documentos que antes recogía en el servicio de reprografía. Es cierto que cada vez se utilizan más y, que con planes de formación del profesorado, los contenidos son más atractivos. Hay que señalar, también,

la dificultad para que los contenidos, es decir los objetos de aprendizaje, sigan una normativa que los haga fácilmente reutilizables y hay que tener en cuenta el coste económico que supone mantener permanentemente formado al profesorado en tecnologías en constante evolución. Es en este contexto en el que diversos expertos en educación, algunos de los cuales son además de profesores de ingeniería y diseñadores de sistemas en diferentes áreas de la Tecnología, preocupados por la calidad de la enseñanza de la misma han puesto en evidencia que la utilización de las TIC proporciona, entre otras, las siguientes ventajas comparativas: • Contribuye a que la formación de los tecnólogos se pueda hacer yendo de lo particular a lo general lo cual es de gran importancia [9]. • Facilita la implantación de métodos educativos eficaces que deben basarse en la elección de los bloques adecuados y su presentación en la secuencia correcta [10]. • Puede contribuir a la implantación de un enfoque constructivista del proceso educativo que facilita el autoaprendizaje [11]. • Puede contribuir a que la enseñanza se centre en el alumno mejorando su nivel de participación, lo que se considera muy importante para elevar la calidad del proceso educativo en particular en la formación de los ingenieros [12], [13], [14]. • Facilita la realización de demostraciones e ilustraciones visuales que contribuyen a lograr un adecuado equilibrio entre los conceptos abstractos (teorías, fórmulas matemáticas y modelos) y los concretos (hechos, observaciones, datos experimentales y aplicaciones) [14]. El conocimiento práctico es una característica distintiva de los ingenieros que deben adquirirlo imprescindiblemente para tener capacidad de diseño de sistemas en la tecnología en la que se gradúan. La industria necesita ingenieros y espera de ellos que posean una amplia variedad de habilidades personales a la vez que un grado elevado de competencia técnica. Muchas instituciones y asociaciones de ingeniería como por ejemplo ASEE (American Society for Engineering Education) [15], ABET (Accreditation Board for Engineering and Technology) [16], SEFI (Société Européenne pour la Formation des Ingénieurs) [17] y ANFEI (Asociación Nacional de facultades y escuelas de Ingeniería) [18], incluyen esta apreciación en sus informes. El desarrollo y aprendizaje de estas habilidades solo es posible si su realización es un proceso de autoconstrucción del estudiante y de aprendizaje centrado en él y en ese sentido son imprescindibles las experiencias de laboratorio [14], [19], [20]. Desafortunadamente, existen varias restricciones para el desarrollo de trabajo práctico de laboratorio en las Escuelas de Ingeniería. Entre ellas se incluyen los costes de equipamiento y consumibles, el tiempo limitado del profesorado para orientar y supervisar a los estudiantes y el elevado número de alumnos en los laboratorios, lo que conduce a bajos ratios profesor/alumno y a elevar la presión sobre el espacio del laboratorio. En ocasiones se comprueba que esta presión sobre el tiempo del

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profesorado y el espacio del laboratorio provoca que el trabajo práctico no se desarrolle con tiempo suficiente y no se coordine con los contenidos del curso. Para optimizar las clases de laboratorio es necesario que los alumnos lleguen al mismo con la preparación adecuada que les permita comenzar a trabajar con un grado de autonomía elevado. Es en este punto en el que juegan un papel importante los laboratorios virtuales, que se analizan en el apartado III, porque hacen sentir al alumno protagonista de su aprendizaje de forma activa y le estimulan a participar, sin temor a que algo se deteriore, con la misma recompensa que le produce un videojuego, es decir, el hecho simple e inmediato de hacerlo bien. Por otro lado, aunque durante las dos últimas décadas se ha debatido bastante sobre la congruencia del currículo, la didáctica y la evaluación en el cambio de paradigma, aún se mantienen prácticas evaluativas tradicionales incongruentes [21]. Un test utilizado aisladamente difícilmente se puede utilizar para evaluar temas tecnológicos y solo permite alcanzar competencias en los niveles de conocimiento y comprensión de la Taxonomía de Bloom [22], [23]. Es necesario por ello que la evaluación esté alineada con la tarea de aprendizaje [24]. Para garantizar el éxito de la incorporación de las TIC al proceso de enseñanza-aprendizaje es necesario revisar el enfoque de la evaluación. Un entorno constructivista demanda recursos que incluyan la motivación como un factor importante del procedimiento de evaluación. Mediante esta metodología, se impulsa y mejora dicho proceso, se ayuda al cambio conceptual, metodológico de los alumnos y profesores y se modifica positivamente su actitud. En los últimos años se constata una masiva utilización de las TIC en el proceso de evaluación. En la literatura anglosajona, se utiliza el acrónimo CAA (Computer-Assisted Assessment) para hacer referencia a la automatización del proceso de evaluación en distintas actividades, que se suele denominar en castellano evaluación asistida por computador [25], [26], [27]. Las TIC pueden ser herramientas útiles para la evaluación del nivel de aprendizaje en la medida en que facilitan la recogida, valoración y devolución de información a los estudiantes sobre su proceso de aprendizaje. A la vez pueden promover la autorregulación y mejoran el aprendizaje, incluso si se considera la participación de los estudiantes en la evaluación. Algunos estudios muestran las ventajas que ofrecen las TIC para automatizar la realimentación y en este mismo sentido son bastante populares los programas que permiten a los docentes elaborar rúbricas en línea. Resultados bastante útiles de estos estudios ofrecen guías para desarrollar la evaluación con TIC [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34]. Todo lo expuesto, estimuló a los autores a desarrollar el sistema SIPAE que combina un laboratorio virtual con los cuestionarios adecuados y que se describe en el apartado IV. III. LABORATORIO VIRTUAL DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS El concepto de laboratorio virtual no está normalizado en la práctica, y reciben dicha denominación sistemas que poseen

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características muy diferentes [35], [36]. No obstante se puede definir un laboratorio virtual como un sistema constituido por unos medios (programas, equipos informáticos, instrumentos de medida), ubicados en uno o varios lugares, que se ponen a disposición de los usuarios, ubicados en cualquier lugar, para que puedan trabajar con ellos. Para ser verdaderamente eficaces los laboratorios virtuales deben imitar al máximo el entorno de trabajo real del estudiante tanto en apariencia como en funcionalidad. Se pueden diseñar con multitud de recursos como por ejemplo plataformas, programas de simulación, contenidos multimedia, lenguajes de programación, etc., normalizados o acordes con algunas especificaciones del aprendizaje electrónico. En la práctica se pueden considerar dos grandes categorías de laboratorios virtuales que son los simulados y los de acceso remoto a laboratorios reales. El laboratorio virtual que se utiliza en este trabajo denominado simplemente laboratorio virtual, es simulado con la posibilidad de acceso desde Internet y está formado por un conjunto de experimentos [37], [38], [39], [40]. Sus principales características son las siguientes: • Tiene una interfaz de usuario amigable, con componentes de aspecto físico parecido a los que el alumno utiliza en el laboratorio. • Incluye instrumentos simulados cuya funcionalidad es similar a la de los instrumentos reales. • Cada experimento es una simulación pedagógica interactiva que relaciona los conceptos teóricos con los prácticos. • Contiene experimentos destructivos que no se pueden llevar a cabo en el laboratorio y muestran al alumno las consecuencias negativas de la mala utilización de los elementos reales. • Utiliza muy pocos recursos del ordenador y puede ser incluido en cualquier otro programa. La figura 1 muestra la interfaz de usuario general del laboratorio virtual de la Electrónica Aplicada que incluye INSTRUMENTOS GENERADORES

ELEMENTOS DE ENTRADA

INSTRUMENTOS DE MEDIDA

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS

ELEMENTOS DE SALIDA

Fig. 1. Interfaz general de usuario del laboratorio virtual.

instrumentos generadores, instrumentos de medida, elementos de entrada y salida y el circuito electrónico cuyo funcionamiento se comprueba. Los instrumentos son interactivos y el usuario puede cambiar sus parámetros utilizando el ratón.

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El usuario del laboratorio virtual puede realizar los diferentes experimentos, actuando libremente sobre los distintos elementos que lo componen, para comprobar así su funcionamiento. Además, para que el laboratorio virtual constituya una herramienta de autoaprendizaje, cada experimento contiene una o más actividades que guían al usuario sobre las acciones que debe ejecutar para llegar a comprender perfectamente el funcionamiento del circuito estudiado. En la figura 2 se representa el diagrama de bloques general de un experimento del laboratorio virtual. Dicho diagrama incluye a la derecha el nombre del experimento y las actividades a realizar en él. A la izquierda se representa el circuito cuyo funcionamiento se experimenta y los instrumentos virtuales necesarios para llevar a cabo las medidas que permiten comprobar que el funcionamiento es acorde con las características de los conceptos descritos en el libro electrónico.

EXPERIMENTO

[NOMBRE] ACTIVIDAD

[Nombre]

CIRCUITO ELECTRÓNICO

INSTRUMENTOS DE MEDIDA

señales presentes en los puntos adecuados del circuito. La actividad está formada por el conjunto de acciones que el usuario debe realizar sobre el circuito y los instrumentos para llevar a cabo el experimento. En la figura 3 se muestra la interfaz de usuario de un experimento de Electrónica Analógica en el que se utiliza una fuente de alimentación, un generador de señales y un osciloscopio.

- Descripción de la acción 1 - Descripción de la acción 2 -… - Descripción de la acción n

Fig. 2. Diagrama de bloques general de un experimento en el que se indican las actividades

Fig. 3. Ejemplo de experimento del laboratorio virtual.

El circuito cuyo funcionamiento se comprueba a través del experimento se representa en la pantalla mediante un esquema en el que el usuario puede cambiar los valores de los componentes adecuados y modificar la interconexión entre ellos. Los instrumentos virtuales se comportan prácticamente igual que los instrumentos reales que se utilizan en el laboratorio, tanto si están como si no están basados en un computador y permiten la visualización y medida de las

Fig. 4. Experimento destructivo que muestra el resultado de la utilización incorrecta de un diodo zener.

En la figura 4 se muestra un experimento destructivo que demuestra que el laboratorio virtual se acerca a la realidad. El alumno observa esta imagen si se superan los valores máximos del diodo zener. IV. METODOLOGÍA DE AUTOEVALUACIÓN ELECTRÓNICOS

DE DISPOSITIVOS

La herramienta de autoevaluación se plantea desde una perspectiva pedagógica de evaluación por competencias y está constituida por un conjunto de cuestionarios, cada uno de los cuales está asociado a un experimento del laboratorio virtual. Proporciona al alumno diversas competencias generales y específicas situadas entre la clase magistral y el laboratorio. Entre las generales cabe citar: • Capacidad para organizar y planificar el trabajo de forma autónoma. • Medida en cada momento del progreso del aprendizaje. • Elevación del nivel de motivación por el estudio de la Electrónica. Para formular los cuestionarios de autoevaluación sobre los dispositivos electrónicos se utiliza la tabla I. En primer lugar se enumeran las competencias específicas que debe alcanzar el alumno al estudiar los dispositivos electrónicos, y a continuación se clasifican según la Taxonomía de Bloom [22]. En la columna de la derecha de la tabla I se indican las competencias y en la de la izquierda los niveles de la citada taxonomía. En la fila superior de la tabla I se indican los distintos modelos del dispositivo (ideal, aproximado y real) y en las celdas centrales los cuestionarios. La creación de un cuestionario se debe realizar de forma que capacite al alumno

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para adquirir las competencias que se enumeran en la columna de la derecha de la tabla. Se logra así que los cuestionarios estén centrados en la parte interior de la tabla y organizados en orden de dificultad creciente de arriba abajo y de izquierda a derecha.

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que midan actividades intelectuales de orden superior, como por ejemplo, resolución de problemas, creatividad y capacidad de síntesis [41], [42]. Otros autores de la época son de la misma opinión [43] y llegan incluso a realizar comprobaciones con alumnos de ingeniería química [44].

TABLA I METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE CUESTIONARIOS TAXONOMÍA DE

MODELO

APROXIMA-

MODELO

BLOOM

IDEAL

CIÓN

REAL

COMPETENCIAS

CONOCIMIENTO

Principios de

Estructura del

Estructura

Describir estructura

funcionamiento

dispositivo con

del

y funcionamiento

nociones del

dispositivo

componente real

real

CONOCIMIENTO

Funcionamiento

Funcionamiento

Funcionami

Comprender el

Y

grafico

grafico

ento grafico

funcionamiento

CONOCIMIENTO

Leyes de

Leyes de

Leyes de

Comprender el

Y

funcionamiento

funcionamiento

funcionami

funcionamiento

COMPRENSIÓN

Ecuaciones

Ecuaciones

ento

ANÁLISIS

Estudio de

Estudio de

Estudio de

Analizar y utilizar

APLICACIÓN

circuitos básicos

circuitos básicos

circuitos

en circuitos básicos

de aplicación

de aplicación

básicos de

COMPRENSIÓN

Ecuaciones

Fig. 5. Ejemplo de cuestionario.

aplicación

APLICACIÓN

Resolución de

Resolución de

Resolución

Construir, analizar

SINTESIS

problemas

problemas

de

y reparar circuitos

problemas SINTESIS Y

Diseño de

Diseño de

Diseño de

Diseñar circuitos

EVALUACIÓN

circuitos

circuitos

circuitos

básicos electrónicos

Ejemplo para el estudio de los dispositivos electrónicos. En la columna izquierda los niveles de la taxonomía de Bloom. En la columna derecha las competencias. En la 1ª fila los modelos de dispositivos y en las celdas interiores los cuestionarios.

Cada celda interior está formada por un cuestionario de cinco preguntas (reactivos). Cada pregunta consta de un enunciado, una figura o esquema electrónico, un enlace con el experimento virtual interactivo y un conjunto de respuestas (opciones) de las que una es correcta y las demás son incorrectas (elementos de distracción) (Figura 5). En total y en las celdas centrales de la tabla se elaboran 18 cuestionarios, cada uno de los cuales tiene cinco preguntas que a su vez constan de cinco elementos de distracción y una respuesta correcta. En total, en la tabla, hay 90 preguntas. El alumno, debe resolver los cuestionarios avanzando por las celdas interiores de la tabla, moviéndose de izquierda a derecha y de arriba abajo, para ser consciente en todo momento del nivel aprendizaje que alcanza. Dicho nivel lo conoce cualitativamente por la posición en la tabla, porque en cada instante sabe cuales son las competencias que está desarrollando y cuales le faltan, y cuantitativamente porque el sistema le da una valoración numérica. Existe cierta polémica sobre si es o no posible cubrir los niveles más avanzados de la taxonomía, mediante pruebas objetivas, en las carreras de ingeniería. Algunos autores presentan ejemplos de preguntas calificables en un ordenador, de las cuales forman parte las de opción múltiple y sostienen que en este tipo de evaluaciones se pueden diseñar preguntas

Como los enlaces con el laboratorio virtual facilitan la obtención de las competencias, ha sido necesario a veces volver a reformularlas para evitar solapamientos. Esta realimentación, ha sido beneficiosa e imprescindible para lograr el acabado de la totalidad de los cuestionarios. Se han podido formular preguntas relativas a fallos reales en circuitos electrónicos, porque se pueden ensayar fácilmente sin riesgos para el alumno. V. GESTIÓN DEL SISTEMA INTEGRADO DE EVALUACIÓN Y APRENDIZAJE SIPAE En el organigrama de la figura 6 se muestra, de forma resumida, la metodología desarrollada para el proceso de autoevaluación y aprendizaje. El proceso se inicia con un texto explicativo llamado tutorial de aprendizaje que puede estar implementado o no en formato hipermedia. Dicho texto se estudia combinándolo adecuadamente con la realización de los experimentos del laboratorio virtual. Una vez estudiado dicho texto y realizados los experimentos, el alumno accede al proceso de autoevaluación, que consiste en un conjunto de preguntas de respuesta múltiple, entre las que debe seleccionar la correcta. Una vez realizada la selección, el sistema presenta al alumno el laboratorio virtual con el circuito bajo análisis para que experimente con él y deduzca si su respuesta es o no correcta. Una vez que ha realizado el experimento, el sistema le pregunta si ha acertado o no. Es conveniente resaltar que no se le dice, directamente, si su contestación es o no correcta. Este método le obliga a descubrir por sí mismo si la respuesta es correcta, de acuerdo con el experimento que realiza. Se trata de una doble evaluación, la primera por la pregunta que se le plantea y la segunda por el experimento que realiza.

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VI. EJEMPLO DEL SISTEMA DESARROLLADO En las figuras 7, 8, 9 y 10 se muestra un ejemplo sencillo del sistema SIPAE en el tema de diodos.

Fig. 8. Circuito práctico.

Fig. 6. Organigrama del sistema SIPAE.

Fig. 9. Tensión en bornes del diodo y corriente que circula por el circuito.

Fig. 7. Interfaz gráfica de usuario en la modalidad de preguntas.

La situación del alumno parte de una de las celdas de la tabla I y más concretamente de una pregunta de las cinco que contiene un cuestionario. La figura 7 muestra un ejemplo de pregunta, el alumno debe elegir una de las respuestas que se proponen, de las cuales una es correcta y las cinco restantes incorrectas. En esta pregunta el alumno demuestra si sabe o no cuál es la tensión en los terminales del diodo y la corriente que circula a través de él. Una vez elegida la respuesta, el programa lanza el experimento interactivo del laboratorio virtual correspondiente al circuito bajo análisis (Figura 8), pero no le indica todavía al alumno, si su respuesta es correcta o no.

Fig. 10. Interfaz gráfica de usuario en la modalidad de preguntas.

El alumno puede interactuar con el experimento, accionando los interruptores de puesta en marcha de los instrumentos, estableciendo el circuito exacto, eligiendo el valor de los componentes, etc. Seguidamente puede visualizar en los instrumentos las condiciones del circuito que ha determinado y comprobar si la respuesta que ha dado es correcta o no, tal como lo haría en el laboratorio real. La figura 9 muestra el resultado que obtiene después de interaccionar con el experimento.

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Cuando el alumno sale del laboratorio virtual, se le muestra la pantalla de la figura 10 con la pregunta “¿ha contestado correctamente?,” debe seleccionar una de las opciones “si”, “no” o “no se”. El sistema finalmente le califica si ha acertado o le envía otra vez al laboratorio virtual o al tutorial de aprendizaje.

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y las figuras le resultan claras y agradables y considera que ha necesitado el laboratorio virtual para resolver los cuestionarios.

VII. RESULTADOS OBTENIDOS Para evaluar la aceptación por parte de los alumnos y el efecto sobre el aprendizaje se ha realizado un estudio estadístico durante cuatro cursos. En los cursos 2005-06 y 2006-07 no se utilizó el sistema y en los cursos 2007-08 y primer semestre de 2008-09 se utilizó. A. Encuesta de satisfacción El estudio de la valoración del sistema por parte de los alumnos se ha realizado con una encuesta en la que se pregunta el grado de acuerdo (valores del 1 al 5) con los siguientes términos: 1. Utilizo el material de estudio en formato electrónico 2. La navegación resulta intuitiva y no necesita ayuda 3. El diseño y las figuras son claras y agradables 4. Me hace pensar y generar nuevas ideas y cuestiones 5. Muestra las dificultades reales con las que me encuentro en el laboratorio 6. He necesitado el laboratorio virtual para resolver las cuestiones 7. Las preguntas tienen el nivel adecuado 8. He necesitado el tutorial de aprendizaje para responder al cuestionario En la figura 11 se puede ver de forma general este porcentaje y en la figura 12 se detallan algunos de los términos utilizados. VALORACIÓN DE SIPAE 2007-08 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

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Preguntas de la encuesta

Fig. 11. Porcentaje de valoración general.

La mayoría de los alumnos siguen, en general, utilizando el formato en papel para estudiar, ya que a la primera afirmación “Utilizo el material de estudio en formato electrónico” han seleccionado los valores 1 o 2. Para la gran mayoría la navegación ha resultado sencilla e intuitiva, también el diseño

Fig. 12. Valoraciones parciales.

B. Resultados de las calificaciones de los alumnos de los cuatro últimos años Para valorar el efecto sobre el aprendizaje se han utilizado las calificaciones de los cuatro últimos años. Se han calificado: 1. Asistencia a prácticas 2. Soltura con los instrumentos del laboratorio 3. Realización y acabado de la práctica 4. Nota de prácticas 5. Nota de semestre 6. Calificación final Se han utilizado las calificaciones de los 4 primeros semestres de los cursos 2005-06 a 2008-09. Solo en los dos últimos cursos se ha utilizado el sistema SIPAE y del tema de diodos que se explica en el primer semestre. En las gráficas de las figuras 13 a 18 se muestran, en columnas, el promedio de la calificación de cada año. El criterio de valoración en clase de prácticas (soltura en el manejo de instrumentos, y realización de la práctica.) se ha realizado en base a tres niveles: bien (3), regular (2) y mal (1), es por ello que las puntuaciones finales se realizan sobre 3. Otras notas como las de semestre y final de curso (exámenes de teoría, trabajos etc.) se han valorado sobre 10 y después se han reducido a la escala de 3 para finalmente poder compararlas. En la mayoría de las gráficas se detecta una mejoría en las calificaciones utilizando el sistema SIPAE.

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SOLTURA INSTRUMENTOS

NOTA 1º SEMESTRE

2,50

1,80 1,60

2,00

1,40 1,20

1,50

1,00 0,80

1,00

0,60 0,40

0,50

0,20 0,00

0,00 1

PROMEDIO 2005-06 PROMEDIO 2007-08

1

PROMEDIO 2006-07 PROMEDIO 2008-09

Fig. 13. Promedio sobre 3 de las calificaciones de soltura con los instrumentos del laboratorio.

PROMEDIO 2005-06 PROMEDIO 2007-08

PROMEDIO 2006-07 PROMEDIO 2008-09

Fig. 16. Promedio sobre 3 de las calificaciones del primer semestre .

REALIZACIÓN PRÁCTICA

NOTA FINAL CURSO

2,50

1,76 1,74

2,00

1,72 1,70

1,50

1,68 1,66

1,00

1,64 1,62

0,50

1,60 1,58

0,00 1

PROMEDIO 2005-06 PROMEDIO 2007-08

1,56

PROMEDIO 2006-07 PROMEDIO 2008-09

Fig. 14. Promedio sobre 3 de las calificaciones de la realización de la práctica.

1

PROMEDIO 2005-06 PROMEDIO 2007-08

Fig. 17. Promedio sobre 3 de las calificaciones del los cursos .

NOTA PRÁCTICAS

VIII. CONCLUSIONES

2,30 2,20 2,10 2,00 1,90 1,80 1,70 1

PROMEDIO 2005-06 PROMEDIO 2007-08

PROMEDIO 2006-07 PROMEDIO 2008-09

Fig. 15. Promedio sobre 3 de las calificaciones de las prácticas .

PROMEDIO 2006-07

En este artículo se describe un sistema de autoevaluación por competencias basado en la taxonomía de Bloom que, mediante la utilización de un laboratorio virtual, permite al alumno evaluar sus conocimientos de un modo original que no se limita a la simple respuesta de “acertado” o “incorrecto” sino que le hace trabajar de un modo práctico, de la misma forma que lo haría en un laboratorio en el que tuviese que montar el circuito El sistema de autoevaluación desarrollado es, además, un conjunto de objetos de aprendizaje que se ha incorporado a la plataforma informática de gestión del aprendizaje Moodle [45] pudiendo ser previamente estandarizados con SCORM [46] o IMS [47]. Utilizando este sistema, con las pautas que le da el profesor, el alumno construye su propio aprendizaje y autoevaluación [48]. Se logra así que deje de ser un receptor pasivo de información y que se convierta en un participante activo del

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proceso educativo, que relaciona la información disponible en el sistema con sus experiencias y conocimientos previos [49].

[2] [3]

[4]

[5] [6]

[7] [8]

[9]

[10] Fig. 18. Circuito amplificador en colector común. [11]

Se trata de una evaluación continua que se realiza durante el proceso de enseñanza y aprendizaje y cuyo objetivo fundamental no solo es regularlo de manera interactiva [50], sino que además es formativa porque ayuda al alumno a controlar por sí mismo sus propios procesos y estrategias de pensamiento y aprendizaje [50].

[12] [13]

[14] [15] [16] [17] [18] [19]

[20]

[21]

Fig. 19. Fuente de corriente constante con amplificadores operacionales.

Se consigue de esta forma, una auténtica evaluación centrada en situaciones de aprendizaje de la vida real y en problemas significativos y relevantes de naturaleza compleja, que muestran al alumno la utilización de un conjunto de conocimientos, habilidades, y actitudes [51] [52] y [53]. El sistema SIPAE se prueba en este momento (Marzo de 2009) con circuitos con transistores (Figura 18). En los próximos meses se utilizará con circuitos analógicos implementados con amplificadores operacionales (Figura 19) y con circuitos digitales.

[22]

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Pilar Fernández Sánchez. Ingeniera Técnica Industrial en Electrónica Industrial e Ingeniera Industrial en Organización Industrial (Universidad del País Vasco UPV/EHU). Profesora Titular de Escuela Universitaria en la UPV desde 1993. Su línea de investigación se ha centrado en sistemas de enseñanza y aprendizaje por ordenador. Premio a la mejor ponencia presentada en el área de Instrumentación Electrónica en el congreso TAEE 2004. Premio a la 2ª mejor ponencia presentada en el área de Electrónica Analógica, Circuitos e Instrumentación en el congreso TAEE 2008. Ángel Salaverría Garnacho. Licenciado en Ciencias Físicas (Universidad de Navarra), Doctor en Ciencias Físicas (Universidad del País Vasco UPV/EHU). Profesor Titular de Escuela Universitaria en la UPV desde 1979. Premio a la mejor comunicación oral por el trabajo “Sistema Hipermedia de verificación asistida por ordenador de circuitos analógicos” congreso TAEE 2002). Primer premio en la modalidad de software en el “1st European Contest on Microelectronics Education”, congreso EWME 2002. Premio al mejor demostrador en el congreso TAEE 2004. Premio a la 2ª mejor ponencia presentada en el área de Electrónica Analógica, Circuitos e Instrumentación en el congreso TAEE 2008. Jacinto González Dacosta. Doctor Ingeniero en Informática por la Univ. de Vigo -2002- Profesor Contratado Doctor del Departamento de Informática (Área de Lenguajes y Sist. Informáticos) de la Univ. de Vigo desde el año 2007 y como profesor desde el año 1993. Desarrollo de software educativo y hace unos años los trabajos se centran en los objetos de aprendizaje y las tecnologías basadas en componentes de software. Más de 50 participaciones a congresos nacionales e internacionales, así como la publicación de 5 artículos en revistas internacionales y numerosas aportaciones en forma de libro o capítulos. Participación desde el año 2003 hasta la actualidad en el Programa de Doctorado “Ingeniería del Software basada en componentes reutilizables. Aplicaciones en interfaces Hombre-Máquina” siendo coordinador en el bienio 2004-06. Primer premio en la modalidad de software en el “1st European Contest on Microelectronics Education”, congreso EWME 2002. Premio al mejor demostrador en el congreso TAEE 2004. A component framework for reusing a propietary computer-aided engineering enviroment en la revista Advances in Engineering Software. Enrique Mandado Pérez.. Ingeniero en Electrónica por la Universidad Politécnica de Madrid en 1969. Doctor Ingeniero en Electrónica por la Universidad Politécnica de Cataluña en 1976. Ha trabajado como ingeniero de aplicaciones durante diez años en Philips. Desde 1982 es catedrático de Tecnología Electrónica de la Universidad de Vigo. Ha publicado numerosos artículos, comunicaciones a congresos y libros entre los que destaca el titulado “Sistemas Electrónicos Digitales del que publicó la novena edición en 2008. En 1996 recibió el premio Xunta de Galicia al mejor trabajo del ámbito tecnológico por el artículo "Los parques tecnológicos como herramienta de promoción de la innovación tecnológica" publicado en la revista Economía Industrial del Ministerio de Industria. Es miembro del IEEE desde 1969 y está en posesión de la Cruz de Alfonso X el Sabio por méritos académicos.

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