Towards the open experimentation with interactive laboratories

Resumen

RESUMEN El aprendizaje basado en la indagación se basa en preguntas, inquietudes e intereses para guiar el proceso de aprendizaje. El estilo de enseñanza basado en la indagación siempre comienza con una pregunta general que desencadena una discusión abierta con los estudiantes, para aprovechar su curiosidad y ver en qué temas están realmente interesados, lo que marcará el camino a seguir en el aula. Esta forma de enseñanza implica lecciones y recursos flexibles, ya que los alumnos son los que marcan el camino, mientras que el profesor sólo tiene un plan de acción general con diferentes resultados finales. En las asignaturas de Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas, los alumnos utilizan los laboratorios para realizar experimentos que les dotan de conocimientos prácticos, complementando las lecciones teóricas de las clases magistrales. Gracias a los avances tecnológicos y al auge de la educación en línea, estos experimentos se pueden realizar en laboratorios virtuales y remotos. Estos laboratorios, por lo general, son aplicaciones interactivas compuestas por una planta (real o simulada) y una interfaz de usuario. Los estudiantes realizan sus experimentos con esta interfaz cambiando el valor de las variables de la planta, seleccionando diferentes funciones preestablecidas que afectan el comportamiento de la planta y visualizando las salidas en gráficos. Sin embargo, estos laboratorios, por sí solos, no ofrecen un entorno adecuado para realizar tareas de aprendizaje basadas en la investigación, ya que carecen de la flexibilidad necesaria. La modificación del objetivo inicial de los laboratorios implica mucho tiempo para rediseñar el laboratorio, implementar las nuevas características y esto no excluye futuras modificaciones adicionales. La experimentación interactiva con laboratorios en línea, además de lo que se ha dicho anteriormente, presenta varias limitaciones. Entre ellas, cabe destacar que los alumnos pueden resolver las tareas de experimentación simplemente manipulando los controles de la interfaz de usuario sin saber lo que realmente están haciendo y sin ser conscientes de la implementación de los procesos internos realizados. Sin embargo, la experimentación automatizada, que consiste en ejecutar en tiempo real un experimento basado en comandos, elimina estos problemas. Los estudiantes deben crear sus propios algoritmos para cumplir con las tareas de experimentación, asegurándose de que tienen una clara comprensión práctica del problema y su solución. Esta tesis presenta dos entornos de código abierto que permiten la experimentación interactiva y automatizada con laboratorios virtuales y remotos. Los laboratorios intervii activos, donde los estudiantes pueden controlar la interfaz de usuario para cambiar los parámetros y visualizar el comportamiento de la planta, se enriquecen con un editor de comandos para llevar a cabo experimentos automatizados y una herramienta de datos para trazar y analizar los resultados. Estos experimentos basados en comandos, generalmente, incluyen restricciones de tiempo o requieren una reacción determinada a un evento que no se puede realizar simplemente interactuando con la interfaz del usuario. Los entornos de experimentación pueden ser utilizados con laboratorios de simulación Easy Java/JavaScript Simulation existentes, sin necesidad de adaptación adicional, o con laboratorios de terceros que implementen las interfaces de programación de aplicaciones propuestas en este trabajo. Este entorno permite a los usuarios escribir, ejecutar, guardar y cargar sus propios experimentos. Además, permiten recoger y analizar datos de los mismos. Los dos entornos de experimentación presentados tienen la misma filosofía pero apuntan a objetivos diferentes. Por un lado, se ha desarrollado una aplicación Java independiente con un editor de experimentos textuales para estudiantes avanzados. Está compuesto por un potente pero intuitivo lenguaje de experimentación, que permite a los usuarios crear experimentos complejos, y un completo sistema de herramientas de datos, capaz de realizar análisis estadísticos y recopilar datos de los experimentos. Por otro lado, se ha creado un entorno visual online, basado en JavaScript, para usuarios sin conocimientos técnicos de programación. Está totalmente integrado en Moodle, los experimentos son creados usando un lenguaje de programación visual, llamado Blockly, que incluye características para diseñar gráficos personalizados por el usuario. La aplicación es fácil de usar, incluso para aquellos que no están familiarizados con este tipo de entornos. Esta tesis incluye varios ejemplos de los dos entornos que muestran las diferentes características y la utilidad de estas herramientas. Los ejemplos se explican en detalle y pueden utilizarse como tutorial para desarrollar experimentos más complejos con otros laboratorios.