Ejemplo de entorno multimodal - Prácticas de laboratorio

Hace unos meses, cuando empezamos a ver que el curso 20/21 sería complicado de plantear, empecé a pensar cómo ampliar el entorno de trabajo colaborativo ubicuo que ya tenía implementado en la asignatura "Diseño Avanzado de Arquitectura de Computadores". Esta asignatura se ha colocado recientemente en 4º curso del grado en Ingeniería Informática, dentro de la rama de Ingeniería de Computadores. Su enfoque es eminentemente práctico, ya que se trata de introducir al estudiante en las labores de diseño y cuando sea posible, llevarlo hasta su implementación.

La asignatura indica en su nombre la palabra "Avanzado". Se trata de dar un paso más allá de la estructura y arquitectura interna de los computadores, que ya se desarrolla en otra asignatura de segundo curso. En concreto se centra en las estructuras que permiten comunicar el computador con periféricos y expandirse hasta formar parte de redes IoT ubicuas. A los buses tradicionales (Rs232, I2C, SPI, USB, etc) se han unido redes cableadas e inalambricas. Mediante estas redes es posible diseñar un sistema que puede estar distribuido por todo el mundo. Tenemos dos entornos estructurales que estudiar y sobre los que diseñar:

• (E1) Estructura Procesador/Memoria/Entrada-Salida. Chipset. Buses de comunicación entre computador y periféricos locales
• (E2) Estructura IoT: redes y plataformas. Middleware IoT. Sensores/actuadores (Hard/Soft) inteligentes

1. Para la primera parte (E1) utilizamos un simulador digital que nos permite desarrollar la estructura interna de E/S, hasta llegar a desarrollar un chipset sencillo. El simulador se llama LogiSIM. Este simulador es freeware y potente, aunque desgraciadamente ha dejado de ser desarrollado hace pocos años. En el futuro pensaremos en cambiar a otro entorno similar de acceso libre, que siga siendo desarrollado. Debe tener potencia para simular memorias, buses y pequeños procesadores. Es posible que para el curso 21/22 empecemos a migrar hacia el nuevo simulador, una vez decida cuál es el que utilizaremos.
2. En la segunda parte (E2) se diseñan entornos reales a partir de Microcontroladores WIFI  tipo NodeMCU, sensores/actuadores reales, entorno Middleware Node-Red y Google SpreadSheets. Por ahora este entorno nos permite una total libertad de diseño y la capacidad de implementar soluciones reales a un coste muy bajo. El coste de un circuito NodeMCU comprado en cierta cantidad ronda los 4-5€. Los sensores/actuadores son bastante asequibles, con coste desde 1€ a 2€ cada uno de ellos. La placa protoboard y los cables de conexión no superan los 4€. Por menos de 10€ es posible tener una plataforma de diseño de sensores/actuadores inteligentes.

¿Cómo llevar todo esto a un planteamiento multimodal? Es decir, un planteamiento que permita cambios rápidos y eficientes en el modo de impartir la asignatura. Es decir, poder cambiar entre aprendizaje presencial, semi presencial y no presencial, sin que existan problemas. Esta "multimodalidad" es una oportunidad para experimentar con entornos de aprendizaje ubicuo que aprovechen de las oportunidades de Enseñanza-Aprendizaje que nos ofrecen. Les comento lo he ido desarrollando hasta el momento para el entorno del laboratorio de la asignatura.

Resultado de trabajo colaborativo de E1. LogiSIM

Para (E1) utilizaremos LogiSIM como plataforma base para el diseño. Los trabajos individuales se entregarán dentro de tareas abiertas en el CMS: Moodle. Los trabajo colaborativos deberán contar con un rol de introductor de circuitos, que será(n) la(s) persona(s) que editarán el circuito y lo compartirán en un foro Moodle. Todo el trabajo colaborativo deberá estar pautado y planificado de forma previa, de manera que se pueda ir siguiendo el desarrollo de la actividad y valorando las soluciones adoptadas. La valoración final se realizará a partir de una situación que debe se introducida en el proyecto colaborativo y valorada por los propios alumnos. Al finalizar la asignatura se hará un test de valoración de la actividad colaborativa de la primera parte.

Cluster Raspberries PI

Para la segunda parte (E2) de la asignatura utilizaremos un cluster de Raspberries Pi conectado a la red mediante un Switch. Cada grupo colabortivo accederá a una Raspberry mediante VPN, en la que tendrá acceso a una instancia Node-RED. De esta forma es posible diseñar el Middleware tanto de forma presencial como no presencial. 

Ejemplo de instancia Node-RED en una de las Rasberries PI que se disponen en el cluster

El verdadero problema está en el diseño de un sensor inteligente. Este sensor debe ser capaz de establece una la conexión en caliente en el sistema y generar eventos programables por el usuario . Para superar este problema de la presencialidad se propone que cada grupo designe un operador dentro de los roles del proyecto colaborativo. El operador será quien trabaje presencialmente en el sensor en el laboratorio. El operador debe seguir las indicaciones de sus compañeros. Este rol de operador deberá ser rotativo, de forma que todos los estudiantes tengan la experiencia de realizar una parte del desarrollo manual, programación y comprobación de funcionamiento. 

Sensor de intensidad de sonido desarrollado en torno a la plataforma nodeMCU

Igual que el el trabajo colaborativo de la primera parte, la valoración final se realizará a partir de una situación que debe se introducida en el proyecto colaborativo y valorada por los propios alumnos. Al finalizar la asignatura se hará un test de valoración de la actividad colaborativa de la segunda parte (E2).

Seguramente se pregunten qué se hará en la situación en la que se requiera una total virtualización de la asignatura. el desarrollo e implementación del sensor/actuador inteligente queda seriamente comprometido. En esta situación el docente se encargaría de realizar la parte operativa de la implementación del sensor/actuador inteligente. Realizará las pruebas que me le indicasen, de la forma que se le indicase. Con los datos obtenidos, el grupo debera analizar el funcionamiento y evaluar posibles mejoras o plantear una revisión del diseño.

La realidad es que en modo no presencial se pierde la oportunidad de adquirir las destrezas operativas de implementación de estos dispositivos. ¿Cómo superar esta situación? Se ofrecerá la posibilidad de que uno de los integrantes del grupo realice la implementación en su casa. Los materiales los podría recoger en el centro de estudio, debidamente embalados y desinfectados. Esta alternativa sería totalmente optativa y para su realización se guardarían todas las medidas higiénicas. Una vez terminada la fase final de valoración, el estudiante deberá devolver el material en perfectas condiciones, siguiendo también todas las medidas higiénicas. Las medias higiénicas serán indicadas claramente en el espacio CMS de la asignatura.

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Aprendizaje Colaborativo y Creatividad

La creatividad es una característica de gran valor en el ser humano. Es la capacidad de encontrar mejores soluciones a los problemas de siempre y a los que se plantean por primera vez. A veces se confunde la creatividad con la improvisación. Hace tiempo leí de una cantante pop que intentaba siempre hacer, decir, vestir o mostrar algo inesperado. El problema de basar la creatividad en una apariencia diferente, es que podemos encontrarnos con algo que no solucione realmente lo que se desea abordar.

Los entornos de aprendizaje colaborativo son espacios en los que la creatividad se desarrolla de forma especialmente dinámica. Cada componente del equipo puede pensar, proponer, probar o valorar soluciones y mejorarlas, adaptarlas y validarlas para que realmente resuelvan el problema. La creatividad colaborativa es un proceso que necesita de desinhibición y goce por investigar en compañía de otros. Una propuesta disparatada puede ser la semilla de la idea genial que nadie esperaba. Una broma puede hacernos reír y dar una pista para mejorar lo que ya existe. Igual que es imposible que una planta crezca sin una semilla, la creatividad no se desarrolla sin ideas lanzadas al entorno.

Existe una técnica de creatividad que se llama los seis sombreros para pensar. Cada componente de equipo asume un papel que debe representar para aportar lo que el sombrero representa. Los roles pueden cambiar durante el proceso creativo e incluso se puede determinar que uno de los sombreros no debe de participar en un momento determinado. Lo cierto es que esta técnica evidencia que la diversidad de puntos de vista conlleva semillas creativas más potentes. Colaborando se crea y se optimiza el sentido creativo, de una forma más eficiente y amena.

Como docente, he intentado varias veces generar dinámicas creativas basadas en los seis sombreros y siempre me he encontrado con el mismo problema: la vergüenza ajena. Nos cuesta representar un papel y saber reírnos de ideas que no lleva a ningún sitio. Romper el hielo comunicativo puede necesita de mucho tiempo, pero podemos entrenarnos para que cada vez sea menos. Creo que eso debería hacernos pensar en la razón por la que se estrellan algunos equipos colaborativos. Quizás lo que nos resulte más fácil sea dejar que se estrelle todo y desentendernos del reto que tenemos delante. Hay mucho que reflexionar sobre el tema.

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Proyectos. Aprendizaje Colaborativo. Métodos y Estrategias

Tomando como punto de partida la entrada: "Ingeniería, Creatividad y Colaboración, es posible proponer una actividad llamada "proyectos", especialmente diseñada para estudiantes de ingeniería, pero que puede ser utilizada dentro de otros ámbitos sin demasiados cambios.

Considerando el trabajo colaborativo como pieza fundamental de la ingeniería actual y el esquema ADDIE se podrían reformular los pasos propuestos por Torres Soler, de la siguiente forma:

1. Creación de un grupo de personas que analicen todos los factores y necesidades que existen para llevar a cabo un proyecto. Este grupo de análisis puede ser coincidente con el grupo que posteriormente lo desarrollará, pero puede diferente si el propio grupo lo estima conveniente.
2. Análisis y documentación inicial del proyecto. Búsqueda de información, normas aplicables, asesoramiento externo y apoyos necesarios. En esta fase de determinará qué conocimientos, medios, técnicas y recursos se estiman necesarios para el desarrollo del proyecto. También se elaborará un diagrama de tiempos (cronograma, planificación, Gannt, etc). Se determinara, así mismo, los grupos de trabajo que diseñará, desarrollará, implementará y evaluará el proyecto.
3. Diseño del proyecto. 
4. Desarrollo y documentación del proyecto.
5. Evaluación del proyecto. Se puede plantear una fase de autoevaluación, seguida de una de evaluación externa al grupo. Se determinará de forma previa cómo se realizará esta evaluación, de forma que todos los implicados tengan a su disposición esta información de forma clara y sencilla. 

Las diferentes fases deberían realizarse en un espacios virtuales independientes, para que fuese más sencillo valorar: nivel de colaboración personal, nivel de colaboración colectiva, consecución de objetivos, problemas, proceso desarrollado (temporización real y logros obtenidos en cada fase), documentación elaborada, autoevaluación personal y colectiva.

Además, es interesante hacer posible que cada alumno sea consciente de en qué fase está, sus responsabilidad personal y el tiempo del que dispone. Para ello se puede desarrollar un sistema en el que cada estudiante genera notificaciones públicas del desarrollo de su trabajo.

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Ingeniería, Creatividad y Colaboración

En ingeniería, la creatividad está directamente ligada a la vocación y la profesión a desarrollar.

La creatividad se suele ver desde el prisma de una característica innata de la persona. Esto es cierto hasta cierto punto, porque nuestras capacidades humanas pueden ser desarrollada y mejoradas por medio del aprendizaje y la práctica diaria. Mozart fue un niño prodigio capaz de componer obras desde su infancia. Mientras que Wagner tuvo que perfeccionar sus dotes naturales con mucho esfuerzo hasta ser capaz de componer su primer obra con 20 años. 

Los ingenieros tenemos una vocación clara: de satisfacer las necesidades de la sociedad mediante elementos tecnológicos. Para ello es imprescindible innovar. Innovar es conseguir una mejora desde un estado previo. La innovación necesita de la creatividad para proponer y aplicar nuevas opciones.

Según Torres Soler (2006), los ingenieros deben de tener la capacidad de llegar a lo verdadero complementándolo con lo bello, la estética. Además, deben desarrollar intelectualmente la inventiva, los procesos creativos, capacidades intuitivas, argumentaciones y de formulaciones matemáticas. 

El desarrollo de la creatividad  no es sólo un obligación personal del estudiante de ingeniería. Durante el desarrollo curricular debe estar rodeado de un clima que permita y favorezca su desarrollo. Siguiendo lo indicado por Torres Soler, para que esto sea posible, la laborar de docente universitario es esencial  Es posible concretar esta responsabilidad docente en tres dimensiones didácticas:

1. Individualización de la evaluación en función de la personalización de los objetivos de aprendizaje; 

2. Autoevaluación, como herramienta de toma de conciencia de la responsabilidad que cada futuro ingeniero. 

3. Carácter natural y creativo del sistema de evaluación, que valora el aprendizaje/desarrollo de las competencias del futuro ingeniero 

Para Torres Soler, la mejor herramienta para desarrollar estas tres dimensiones es la enseñanza basada en proyectos. Proyectos que den pie a que los estudiantes tomen conciencia de la importancia de los conocimientos, técnicas, relaciones humanas y creatividad. ¿Qué pasos podemos considerar a la hora de proponer proyectos didácticos en Ingeniería?

1. Elección y definición del proyecto.
2. Revisión y consolidación de ideas sobre el tema elegido, objetivos, cronograma de desarrollo (diagramas de Gannt), recursos/capacidades disponibles ( propios y ajenos)
3. Búsqueda y recopilación de información.
4. Desarrollo de un prototipo acompañado de una exposición y un informe escrito. todo esto, con el fin de desarrollar/mejorar las capacidades personales 

A lo indicado por Torres Soler, añadiría que el trabajo colaborativo. Es necesario considerar la organización/gestión de un grupo colaborativo que respalde y dé consistencia al proyecto. La ingeniería actual no es una labor personal de un ingeniero, aislado del mundo y capacitado en todo lo necesario para el desarrollo de un proyecto. Los proyectos actuales son, en su mayor parte, multidisciplinares dentro y fuera de la ingeniería. Cada vez es más corriente encontrar equipos de trabajo en que colaboran ingenieros de diversa especialización con otros profesionales como médicos, biólogos, sociólogos, etc. 

Por otra parte, es interesante introducir un esquema normado de desarrollo de proyectos. En concreto propongo un esquema del tipo ADDIE (Análisis, Diseño, Desarrollo, Implementación y Evaluación). Mediante este esquema es posible desarrollar proyectos de forma mucho más eficiente y ser capaces de abordar disfuncionalidades con garantías.

En este mismo blog está disponible una actividad colaborativa que responde al esquema de proyecto colaborativo, a fin de hacer más sencilla su aplicación real.

Citas:
Torres Soler, L. C. Ingeniería y Creatividad. 2006. Universidad Nacional de Colombia. Colombia

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