Sistema de Cómputo Ubicuo en un Ambiente Educativo, SiCoE
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Marcela Rodríguez1 y Jesús Favela2 Resumen Dispositivos como Asistentes Digitales Personales (PDAs), teléfonos celulares inteligentes y otros dispositivos electrónicos similares, están formando parte de nuestra vida diaria. Investigaciones realizadas por organizaciones de investigación de la educación y desarrollo de tecnología, indican que las computadoras de bolsillo son utilizadas, cada vez más por los estudiantes, con el propósito de llevar consigo a cualquier lugar -escuela, clase o casa- sus herramientas personales de investigación y consulta. Un proceso rico en información, y que requiere que ésta sea capturada, integrada y recuperada, es el de enseñanza-aprendizaje. El contar con la tecnología que permita llevar a cabo estas actividades en forma automática beneficiaría tanto a alumnos como a maestros. Por lo anterior, exploramos la tecnología de cómputo ubicuo existente y proyectos de investigación del área, para crear un sistema, que dé soporte a diferentes actividades educativas, como: impartición de cursos, exposiciones de alumnos, o presentación de un documento para discutirlo. Introducción Dispositivos como Asistentes Digitales Personales (PDAs), teléfonos celulares inteligentes y otros dispositivos electrónicos similares, están formando parte de nuestra vida diaria. Conforme el mercado proporcione nuevos servicios y dispositivos más poderosos, el número de usuarios de este tipo de computadoras (“hand-held”) continuará aumentando [1]. Los ambientes dotados de recursos computacionales que proporcionan información y servicios “cuando sea y dónde sea”, se conocen como ambientes de cómputo ubicuo (ubicomp). Tales ambientes hacen uso de dispositivos de diversas escalas, como: computadoras de bolsillo, PDA’s, tabletas digitales, laptops, pizarrones electrónicos de pared, etcétera. No cabe duda, que se está desarrollando la infraestructura necesaria que sustenta el cómputo móvil, así como también, están surgiendo nuevos tipos de aplicaciones [2]. Pero el cómputo ubicuo va más allá de desarrollar infraestructura y aplicaciones. Sugiere nuevos paradigmas de interacción que permiten el acceso a la información diseminada, y explotan las capacidades o recursos computacionales con los que se cuenta [2]. Un reto general de éste tipo de ambientes es el de proporcionar herramientas que den soporte a la captura, integración y acceso a la información multimedia [3]. Un proceso rico en información, y que requiere que esta sea capturada, integrada y recuperada, es el de enseñanza-aprendizaje. El contar con la tecnología que permita llevar a cabo estas actividades en forma automática beneficiaría tanto a alumnos como a maestros. En proyectos como “Pebbles” [4] y “Classroom2000” [3] se han investigado los diferentes usos de ésta tecnología en los salones de clases. Nuestro propósito es el de proporcionar un ambiente de cómputo ubicuo en un “campus educativo”, que dé soporte a diferentes actividades educativas, como: impartición de cursos, exposiciones de alumnos, o presentación de un documento para discutirlo. Este sistema, al que llamamos Sistema de Cómputo Ubicuo en un Ambiente Educativo (SiCoE), permite almacenar documentos en algún lugar de la red, para que puedan ser accesados desde cualquier lugar del campus donde se requiera la interacción maestro-alumno. Escenarios de uso de SiCoE Para entender el alcance del sistema propuesto, a continuación se describen dos de los posibles escenarios en los que se muestra su utilidad: Primer Escenario El maestro de Física de la Facultad de Ingeniería realiza la presentación de su clase en un editor de documentos html. Al terminar, abre la aplicación SiCoE en su computadora y almacena la presentación en el servidor: http://ingmxl.uabc.mx/fisica/claseDeEstatica.html. Enciende su PDA y activa la aplicación SiCoE para conectarse a su computadora y transferir la liga del documento a la PDA. Días después, se dirige al salón audiovisual donde impartirá la clase. La sala contiene un pizarrón electrónico, un cañón de proyección y una computadora para cargar las presentaciones y la cual también contiene la aplicación SiCoE. Al llegar al salón, enciende su PDA y ejecuta la aplicación SiCoE. El sistema le muestra el total de referencias que tiene almacenadas, pero como no recuerda cual es el documento, selecciona algunas de ellas para ver una descripción o panorama de éstas. Selecciona el documento http://ingmxl.uabc.mx/fisica/claseDeEstatica.html y escoge la opción mostrar, lo que provoca que en la computadora se cargue el documento en un Navegador y se proyecte con el cañón en el pizarrón electrónico. Al final de la clase, algunos alumnos se conectan a la computadora para almacenar en su PDA la referencia al documento con las anotaciones que se han agregado durante la clase, la cual consultarán para estudiar posteriormente. Otros alumnos que quizá no asistieron a clase, obtendrán la referencia a la presentación de algún PDA de un compañero. Segundo Escenario Un alumno y maestro se encuentran en la Dirección de la escuela y empiezan a discutir sobre un tema del cual tienen diferentes puntos de vista. Deciden entrar a la sala de juntas que se encuentra a unos cuantos pasos, para continuar con la discusión. La sala posee la misma infraestructura que en el escenario anterior. El maestro enciende su PDA, y ejecuta SiCoE para mostrar en el pizarrón el documento que expone el tema, el cual presentará posteriormente en clase a los alumnos. Este ambiente les permite exponer sus ideas con mayor claridad, y realizar anotaciones sobre el documento mostrado en el pizarrón. Ambos podrán guardar una referencia al documento modificado si así lo desean. De los escenarios planteados con anterioridad, surgen los siguientes requerimientos para un sistema de cómputo ubicuo de apoyo a ambientes de aprendizaje:
Arquitectura de SiCoE Tal como se observa en la Figura 1, el sistema está compuesto de dos subsistemas, uno de ellos reside en la Palm y el otro en una computadora. Estos llevan por nombre SicoePalm y SicoePC, respectivamente. Existe una dependencia entre estos dos subsistemas ya que SicoePalm invoca a algunos de los componentes de software de SicoePC. SicoePalm consiste de dos componentes, uno contiene las interfaces de usuario (IUSicoe), y el otro, llamado BDSicoe, permiten almacenar, borrar y modificar las referencias en un repositorio de almacenamiento persistente. En SicoePC se localiza el componente Servlets, que agrupa los programas que SicoePalm invoca para comunicarse con el punto de acceso y transferir las referencias a los documentos. Además, contiene a IUSicoePC, que tiene la interfaz de usuario para que el expositor almacene sus documentos en un servidor. Figura 1 En la Figura 2 se muestra la infraestructura utilizada, la cual consiste de una computadora que tiene la función de punto de acceso a los servidores de documentos, o servidores Web; un pizarrón que está conectado al punto de acceso; un cañón de propuerto infrarrojo (ver Figura 3) y mediante la cual se selecciona la referencia al documento que se quiere presentar. Figura 2 Figura 3 Implementación actual de SiCoE Un ejemplo de la implementación del sistema, se muestra en la Figura 4. Cuando el usuario selecciona la aplicación SiCoE en su PDA, se presentará una lista de todas las referencias almacenadas en la base de datos de SiCoE en el PDA, tal como se observa en la Figura 4a. En la figura 4b, se presentan las opciones que el usuario puede seleccionar según la acción que desee realizar con la referencia que previamente seleccionó; estas opciones son las siguientes: Pizarrón. Abre el documento en el punto de acceso para que sea proyectado en el pizarrón electrónico. Guardar. Almacena las referencias a los documentos que hayan sido abiertos en la última sesión del punto de acceso. Borrar. Borra la referencia al documento del PDA. Panorama. Muestra la siguiente información del documento (ver Figura 4c):
Figura 4 Trabajo relacionado La creación de SiCoE se fundamentó en algunos proyectos de computación ubicua con aplicación en el área educativa, tal como Classroom2000 [3], Pebbles [4] y ActiveClass [5]. El proyecto de Classroom 2000 del Instituto de Tecnología de Georgia, presenta una aplicación educativa, que resuelve el problema de la captura automatizada en ambientes computacionales ubicuos. El proyecto se fundamenta en la teoría de que “proporcionar soporte automatizado, puede ayudar a las computadoras a realizar lo que ellas mejor hacen –registrar eventos-, con el fin de que las personas se concentren sólo en atender, sinterizar y entender lo que sucede a su alrededor”. El proyecto ActiveClass se desarrolló en el Instituto de California para Telecomunicaciones y la Tecnología de Información. ActiveClass emplea equipo de cómputo inalámbrico mediante PDA y laptops, su uso tiene como fin alentar la participación de los estudiantes en clase, permitiendo que realicen preguntas de forma “silenciosa” de las cuales obtendrán retroalimentación por los maestros [5]. Investigaciones similares realizadas en el proyecto Pebbles de la Universidad de Carnegie Mellon, indican que muchas aplicaciones interesantes y de utilidad son posibles si cada estudiante tiene un PDA que se comunique de manera inalámbrica con la máquina del instructor. Por ejemplo, en los periodos 2000 y 2001, cerca de 100 estudiantes que cursaban el segundo nivel de química utilizaron computadoras manuales para contestar los exámenes “sorpresa” de opción múltiple aplicados por el instructor. Al final de la clase, el maestro obtenía en su computadora una gráfica de barras de las respuestas de los estudiantes. El examen y la retroalimentación obtenida en tiempo real ayudaba a que los estudiantes reflexionaran acerca del material del curso y permitían que el maestro evaluara el nivel de comprensión de la clase. Además, demostraron que los estudiantes preferían utilizar estos dispositivos a otras alternativas, como el levantar la mano para realizar preguntas [4]. Los proyectos mencionados, al igual que SiCoE, dan soporte al proceso enseñanza-aprendizaje en diferentes aspectos. Consideramos, que SiCoE tiene cierta afinidad con el proyecto Classroom2000, ya que también proporciona una manera diferente de capturar y accesar la información que se utiliza en los cursos mediante el uso de tecnología móvil. Classroom2000, entre la infraestructura de cómputo ubicuo que utiliza, no emplean las computadoras de bolsillo. Conclusiones y trabajo futuro Las computadoras de bolsillo están siendo utilizadas cada vez más por estudiantes y maestros, para llevar consigo a cualquier lugar -escuela, clase o casa- sus herramientas personales de investigación y consulta. Cuando los estudiantes tienen su colección personal de herramientas de investigación y colaboración, su experiencia educacional se expande más allá de la clase centrada en el maestro [6]. Siendo el ambiente educativo un ambiente rico en información e interacción interpersonal, hemos realizado un sistema que da soporte a actividades educativas, tal como se menciona a continuación: Los maestros pueden almacenar las referencias a las presentaciones de los cursos en su PDA, y accesarlas desde cualquier sala, tal como: salones, laboratorios o bibliotecas, que cumplan con los requerimientos de infraestructura mencionados en la sección 3. Evitando que el maestro almacene el archivo en un disquete, o que tenga que transferir el archivo desde el servidor o desde su propia computadora hacia la computadora del salón. Los alumnos pueden almacenar en sus PDA’s las referencias de la presentación del curso y las anotaciones realizadas en el pizarrón, con el fin de que posteriormente puedan accesarlo desde cualquier computadora conectada a la red. Así, el estudiante se concentra en la clase, y no en transcribir las notas del maestro. Como trabajo futuro, el sistema deberá permitir que los alumnos puedan visualizar el documento en algún formato que soporte la computadora de bolsillo, y que realicen sus propias anotaciones sobre el documento, las cuales podrán clasificarse en privadas, o públicas si desean compartirlas con sus compañeros. Las anotaciones podrán ser de tipo texto o gráficas, tal como los estudiantes suelen hacerlas sobre la presentación impresa que el maestro les proporciona antes de impartir la clase. Bibliografía [1] Favela, J., Rodríguez M., Alba M. y Morán A.(2002). "Supporting opportunistic interacting with people, resources and agents in ubiquitous environments", Workshop on Mobile Ad-hoc Collaboration CHI 2002, Minneapolis, Minnesota. [2] Abowd G. (2000). Charting past, present and future research in ubiquitous computing, ACM Transactions on Computer-Human Interaction, 7 (1), 29-58. [3] Abowd G. (1999). "Classroom 2000: an experiment with the instrumentation of a living educational environment”, Pervasive Computing, IBM System Journal, 38 (4), 508-530. [4] B. Myers (2001). "Using handhelds and PCs together", Communications of the ACM, (CACM), 44, (11), 34-41. [5] Truong T.(2002). "ActiveClass, quick introduction", Retrieved from http://activecampus.ucsd.edu/info/activeclass/ActiveClassIntroduction.htm [6] Staudt, C. (2000). "The future of handheld computers in education, a conversation with Palm Inc." The Concorde Consortium, Realizing the educational promise of technology, 4 (3), 8-9. Notas 1 Departamento de Ciencias de la Computación, CICESE, Ensenada, B.C.; y Facultad de Ingeniería, Unidad Mexicali, UABC. marcerod@cicese.mx 1 Departamento de Ciencias de la Computación, CICESE, Ensenada, B.C.,
favela@cicese.mx
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