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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y
Tecnologías Avanzadas
Academia de Telemática
Reporte Final del Proyecto Terminal I:
Sistema de enseñanza en línea, aplicando planes individualizados en el aprendizaje
de álgebra
Alumna:
Nancy Huitrón Ramírez
Asesores:
Nombre: M. en C. Andrés Lucas Bravo Procedencia: Interna
Nombre: Dra. Benina Velázquez Ordoñez Procedencia: Externa
Nombre: Dr. Jesús Manuel Olivares Ceja Procedencia: Externa
CONTENIDO RESUMEN .................................................................................................................................... 4
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 5
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................ 6
3. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................. 7
4. PROPUESTA DE SOLUCIÓN .............................................................................................. 7
4.1. Modelo de conocimiento ................................................................................................. 8
4.2. Planificador .................................................................................................................... 9
4.3. Gestor de funciones ........................................................................................................ 9
4.4. Aplicación Web .............................................................................................................. 9
4.5. Alcances ....................................................................................................................... 10
5. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 11
5.1. Objetivo general ........................................................................................................... 11
5.2. Objetivos específicos .................................................................................................... 11
6. ESTADO DEL ARTE .......................................................................................................... 12
6.1. Propuestas en el método Enseñanza – Aprendizaje usando tecnología ........................... 12
6.2. Herramientas tecnológicas ............................................................................................ 13
6.3. Comparación entre el proyecto terminal propuesto y los trabajos y proyectos que ya han
sido desarrollados..................................................................................................................... 15
7. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................. 16
8. METODOLOGÍA ................................................................................................................ 19
9. ANÁLISIS ........................................................................................................................... 21
9.1. Requerimientos del sistema........................................................................................... 21
9.1.1. Requerimientos funcionales ...................................................................................... 21
9.1.2. Requerimientos no funcionales ................................................................................. 25
9.1.3. Restricciones del sistema .......................................................................................... 26
9.2. Definición del sistema .................................................................................................. 26
9.3. Especificación de herramientas de desarrollo ................................................................ 28
9.3.1. Herramientas de software .......................................................................................... 28
9.3.2. Herramientas de hardware ......................................................................................... 32
9.4. Modelado UML del sistema .......................................................................................... 33
9.4.1. Diagramas de casos de uso ........................................................................................ 33
9.4.2. Diagrama de actividades ........................................................................................... 35
9.4.3. Diagrama de clases ................................................................................................... 36
3
9.4.4. Diagrama de secuencias ............................................................................................ 36
9.5. Fundamentos teóricos del sistema ................................................................................. 36
9.5.1. Temario de álgebra de la Educación Media Superior ................................................. 37
9.5.2. Temario de álgebra de la Educación Media Superior ................................................. 40
10. DISEÑO........................................................................................................................... 42
10.1. Arquitectura del sistema .............................................................................................. 42
10.2. Estructura general del sistema ...................................................................................... 43
10.2.1. Modelo de conocimiento ........................................................................................... 44
10.2.2. Planificador .............................................................................................................. 50
10.2.3. Gestor de funciones .................................................................................................. 62
10.2.4. Base de datos ............................................................................................................ 90
11. ESCENARIO DE PRUEBAS ........................................................................................... 96
12. CONCLUSIONES ........................................................................................................... 97
13. REFERENCIAS ............................................................................................................... 98
4
RESUMEN
Actualmente, los sistemas educativos utilizan un método de enseñanza-
aprendizaje generalizado, debido a la dificultad de establecer estrategias que consideren
el estilo de aprendizaje de cada alumno y su nivel de dominio en cada tema.
En este documento se describe el análisis y diseño de un proyecto como alternativa de
solución a la complejidad de definir una secuencia, de temas y recursos, adecuada para
el aprendizaje de cada alumno. Dicha propuesta especifica el desarrollo de un sistema
basado en un modelo de conocimiento y un planificador, en donde el planificador
definirá planes individualizados de enseñanza-aprendizaje de álgebra para alumnos de
nivel medio superior, considerando un modelo del conocimiento, el estilo de aprendizaje
de cada estudiante y su nivel de conocimientos.
El sistema estará enfocado en ser una herramienta para docentes y alumnos, con la que
los usuarios podrán interactuar a través de una aplicación web.
Palabras clave: modelo de conocimiento, planificador, aplicación web, plan
individualizado.
5
1. INTRODUCCIÓN
En la actualidad, los modelos educativos tienen la finalidad de formar profesionistas capaces de desenvolverse en un ambiente de constante desarrollo
tecnológico, científico y de investigación; sin embargo, antes de que una persona pueda incorporarse al grupo de profesionistas en el mundo, ésta debe superar deficiencias que
aún existen en los modelos educativos y que están relacionadas con la enseñanza por grupos; es decir, independientemente de cuáles sean los conocimientos previos del
alumno, sus cualidades o sus aptitudes, éste debe aprender con el mismo método utilizado para otros alumnos con perfiles y habilidades distintas.
Desde el año 2000, la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico
(OCDE), realiza una evaluación a los estudiantes de 15 años que residen en sus países asociados.
La evaluación PISA [1] se centra en las áreas de ciencia, lectura y matemáticas. La
última evaluación aplicada y dedicada, únicamente, al área de ciencias, fue en el 2015, en donde participaron 540 000 estudiantes de 15 años, pertenecientes a cada uno de los
72 países que formaron parte de esta prueba.
Entre los resultados obtenidos, la OCDE destacó que México está debajo del promedio
en ciencias, lectura y matemáticas; pese a ello, también se indicó que los estudiantes mexicanos declaran un importante interés en el área de ciencias, y aun así, dicha actitud no corresponde al desempeño evaluado.
También correspondiente al campo escolar en México, con base en los datos proporcionados por el Sistema Nacional de Información Estadística Educativa (SNIEE)
[2], en el ciclo escolar 2015 – 2016 se presentó una deserción del 4.2% en la educación
secundaria, mientras que en la educación media superior ascendía al 12.1%; en la
educación superior se presentó un abandono escolar del 6.8%.
En el mismo ámbito, la Secretaría de Educación Pública ha publicado La Estructura del Sistema Educativo Mexicano [3]. Este documento hace énfasis en las leyes y normas del
sistema educativo en México, así como en su estructura.
Los objetivos que tiene la educación mexicana son precisos y buscan que, sin importar la modalidad de educación (general, indígena o cursos comunitarios), el estudiante
adquiera la capacidad de ingresar a alguna institución de educación superior, con la finalidad de que sea formado en algún campo de la ciencia, tecnología, docencia o
investigación [3]; sin embargo, los datos de reprobación y deserción en México [1] [2] muestran que lograr los objetivos que tiene el Sistema Educativo Mexicano, se vuelvan
un propósito complicado de alcanzar.
Entre distintos factores, el objetivo de enseñar es complejo cuando un profesor tiene a su cargo, en promedio, 30 alumnos por grupo, cada uno con estilo de aprendizaje y nivel
de conocimientos distintos, lo cual complica que, mientras se utilicen los mismos contenidos y recursos para todos, cada estudiante logre cumplir con los objetivos de
aprendizaje.
Con base en lo anterior, se propone este trabajo, enfocado en el desarrollo de un sistema como recurso para estudiantes y docentes y basado en un modelo de conocimiento y un
6
planificador, permitiendo un método de enseñanza–aprendizaje individualizado de álgebra en el nivel medio superior.
El proyecto propuesto se establece en un entorno con herramientas de programación,
bases de datos y tecnología Web, con el propósito de que los usuarios finales puedan acceder al sistema desde cualquier dispositivo con acceso a Internet; además, los
recursos de programación permiten que el sistema conserve características de escalabilidad, factibilidad y corrección de errores.
Con el desarrollo del proyecto, se espera disponer de una herramienta funcional que
permita a los profesores aportar recursos de aprendizaje, evitando la dificultad de organizar contenidos para cada alumno, considerando que los conocimientos y el estilo
de aprendizaje de cada uno son diferentes, pues el sistema permitirá la organización coherente de contenidos, con base en el perfil de los estudiantes, permitiendo a éstos un
aprendizaje acorde a su estilo de aprendizaje y a su nivel de conocimientos.
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente, la enseñanza en las aulas [3] se imparte a los alumnos con el mismo contenido y estrategia, sin considerar los problemas y fallas específicas que presenta cada
estudiante. La base teórica y lógica que conforma cualquier clase y tópico de
matemáticas tiende a ser impartida de manera general, sin considerar las habilidades y
dificultades que un alumno, en particular, pueda presentar.
Los estudiantes, al enfrentarse al fundamento teórico de un tema complejo y a un
método de enseñanza que no corresponde con su estilo de aprendizaje, suelen estudiar
de manera constante sin obtener resultados favorables en lapsos cortos o medianos, obteniendo el conocimiento en un ambiente de estrés y dedicando mayor tiempo para
comprender el tema.
Muchos pupilos suelen asociar su falta de comprensión a que ellos, como alumnos, son el problema, cuando el problema real se considera que está en el método de enseñanza-
aprendizaje; es decir, los estudiantes deben aprender con los contenidos propuestos, sin
considerar que éstos podrían no ser correspondientes a su estilo de aprendizaje o a su
nivel de conocimientos.
El sistema educativo sigue trabajando en métodos para el aprendizaje general y no
individual, debido a la complejidad que implica el que cada profesor diseñe o elija un método de enseñanza-aprendizaje para cada alumno [3], incluso con herramientas
tecnológicas como MOOC (Massive Open Online Courses) [4], e-Learning [5] y CAL
(Computer Aided Learning) [6], pues éstas sólo contribuyen al aprendizaje generalizado.
En este contexto, el proyecto planteado tiene como propósito desarrollar un sistema que
funcione como una herramienta disponible en la Web y que proporcione planes individualizados para el aprendizaje de álgebra en alumnos de nivel medio superior,
considerando los conocimientos y el estilo de aprendizaje que cada uno presente.
7
Pregunta de investigación: ¿Cómo desarrollar una herramienta que defina planes individualizados para los alumnos, considerando sus conocimientos previos,
habilidades y recursos disponibles?
3. JUSTIFICACIÓN
Desde que el presidente Álvaro Obregón instauró la Secretaría de Educación Pública en 1921, México ha buscado superar grandes deficiencias en el ámbito
educativo; y si bien, se han logrado importantes resultados, hasta el año 2017, la
situación continúa siendo preocupante, pues México aún sigue posicionándose en los
últimos lugares de los resultados de pruebas internacionales como PISA [1].
Entre las propuestas que se han realizado para mejorar el desempeño escolar, se
encuentra la reforma educativa. La última de éstas es el Modelo Educativo 2016 [7], el
cual se describe como el conjunto de “los principales componentes del sistema educativo nacional para que los estudiantes logren los aprendizajes que el siglo XXI exige.”
Con el desarrollo en el campo tecnológico, han surgido herramientas como CAL
(Computer Aided Learning) [6], MOOC (Massive Online Open Courses) [4], e-Learning [5], incluso, Sistemas Tutores Inteligentes [8], que contribuyen en el ámbito educativo,
permitiendo la educación a distancia, el uso de recursos disponibles en la web, la
posibilidad de trabajar en ambientes colaborativos de forma remota y más características enfocadas a beneficiar los resultados en la adquisición del conocimiento.
Como objetivo en común con los trabajos que ya han sido propuestos, el proyecto
terminal, descrito en este documento, busca desarrollar un sistema que permita el uso
de recursos digitales, pero que en contraste con herramientas como MOOC [4], e-Learning [5] o CAL [6], también considere la valorización del estilo de aprendizaje y los
conocimientos del alumno. Los sistemas tutores inteligentes [8] mantienen una
aproximación mayor con el proyecto propuesto; sin embargo, los algoritmos aplicados en éstos se encuentran implementados sobre herramientas de Inteligencias Artificial,
contrastando con el proyecto terminal a desarrollar, el cual considerará un algoritmo de planificación para establecer uno propio, basado en operaciones lógicas y consultas a la
base de datos.
La realización de este proyecto terminal está basada en la necesidad de un sistema que
sea capaz de considerar los recursos disponibles, el estilo de aprendizaje de los alumnos
y sus conocimientos previos para la definición de planes individualizados de enseñanza, que al ser implementado pueda determinarse su desempeño para ser comparado con las
herramientas ya existentes.
4. PROPUESTA DE SOLUCIÓN
Con base en el planteamiento del problema y la pregunta de investigación, se propone el desarrollo de un sistema, disponible en línea, que defina planes
8
individualizados de enseñanza-aprendizaje de álgebra para alumnos de la educación media superior, en donde cada plan esté compuesto por los contenidos que sean
proporcionados por los docentes.
En el desarrollo del sistema se consideran los siguientes cuatro módulos:
a) Modelo del conocimiento.
b) Planificador.
c) Gestor de funciones.
d) Aplicación web.
4.1. Modelo de conocimiento
El modelo del conocimiento se establecerá como el conjunto de contenidos
de aprendizaje que serán proporcionados por los docentes para que los alumnos
tengan acceso a ellos con el objetivo de aprender o repasar uno o varios temas.
Cada contenido de aprendizaje estará constituido por los siguientes elementos:
a) Un tema, el cual identificará al contenido de aprendizaje con base en el
programa de estudios de álgebra del nivel medio superior y que es avalado
por la Secretaría de Educación Pública.
b) Un estilo de aprendizaje, definirá si el contenido de aprendizaje está
dedicado a alumnos visuales, auditivos o kinestésicos. El estilo de
aprendizaje se refiere a la manera en que las personas aprenden, y considerar esto puede beneficiar al proceso de aprendizaje de cada
persona [9].
c) Material de aprendizaje, mismo que será proporcionado por los docentes. Considerando la Taxonomía de Bloom, cada contenido estará compuesto
por una base teórica que explique el tema, ejemplos, ejercicios y una
evaluación.
La Taxonomía de Bloom es representada por una pirámide de seis niveles,
los cuales describen el proceso de aprendizaje en una persona [10]. En la
Figura 1 se presenta esta pirámide. El uso de una base teórica, ejemplos, ejercicios y evaluaciones toma en cuenta el proceso de aprendizaje
descrito en esa taxonomía.
Los contenidos podrán presentarse en lecturas, páginas web o cualquier herramienta
que el docente considere útil. En caso de que sean herramientas físicas como libros, juegos, entre otras, los docentes deberán indicarlo en el sistema para conocimiento de los alumnos. Para acceder a cada contenido, los profesores deberán indicar el
enlace de éste que dirija a su ubicación en la nube.
9
4.2. Planificador
El planificador será el algoritmo que defina los planes individualizados de
aprendizaje para cada estudiante. El planificador considerará los conocimientos y estilo de aprendizaje de cada alumno para la definición de un plan individualizado,
el cual propondrá al estudiante los contenidos de aprendizaje que podrá consultar para aprender o repasar un tema.
El planificador considerará los siguientes elementos:
a) Estado inicial: estará definido por el estilo de aprendizaje del alumno y
sus conocimientos.
b) Acciones: indicarán los contenidos de aprendizaje que el alumno podrá
revisar para el aprendizaje o repaso de un tema. El conjunto de acciones
corresponderá al plan individualizado del alumno.
c) Estado final: definirá los conocimientos que el alumno deberá obtener y
que el docente indicará.
El planificador es un algoritmo muy utilizado en el contexto de Inteligencia Artificial. Su propósito es obtener un estado final a partir de un estado inicial; para
ello, define acciones que deben realizarse para conseguir ese cambio de estados [11].
4.3. Gestor de funciones
Este módulo será el que establezca el vínculo entre la base de datos, el
planificador y las interfaces mediante código de programación, permitiendo el registro, actualización y eliminación de datos adecuada.
Las funciones correspondientes a este gestor considerarán las actividades permitidas para los perfiles de administrador, docente y alumno. Adicionalmente, el gestor de
funciones estará dedicado a identificar y evitar los errores o inconsistencias que podrían presentarse en el uso del sistema.
4.4. Aplicación Web
La aplicación web permitirá a alumnos y profesores interactuar con el
sistema. Para ello, estará disponible desde la dirección IP pública del servidor,
permitiendo que los usuarios accedan a él desde cualquier dispositivo con acceso a
Evaluar
Sintetizar
Analizar
Aplicar
Comprender
Conocer
Figura 1 Pirámide de la Taxonomía de Bloom [10]
10
Internet; es decir, el modelo de conocimiento, el planificador y el gestor de funciones
estarán almacenados en un servidor para acceso local o remoto, así como el código
de las interfaces de la aplicación web.
La aplicación web funcionará en conjunto con el planificador, el gestor de funciones y con la base de datos que contendrá la información de:
a) Administrador.
b) Docentes.
c) Alumnos.
d) Modelo de conocimiento.
El administrador, los profesores y alumnos accederán a la aplicación web a través de una sesión de usuario, conformada por un nombre de usuario y una contraseña.
En la Figura 2 se presenta la arquitectura global del sistema, descrita en la propuesta
de solución.
4.5. Alcances
El proyecto terminal tiene como propósito ser un trabajo funcional, que sea puesto a prueba con alumnos voluntarios, y de presentarse la situación, tenga la posibilidad de utilizarse en una futura implementación, si así es considerado por las
autoridades pertinentes.
El proyecto terminal constará de:
a) La base de datos que almacene la información correspondiente de
profesores, alumnos, administrador y el modelo de conocimiento, donde este último aborde temas de álgebra del nivel medio superior, teniendo
como límite el tema Sistemas de ecuaciones algebraicas y tomando como
referencia el temario actual, avalado por la Secretaría de Educación
Pública.
b) Un planificador desarrollado en algún lenguaje de programación, dedicado a diseñar planes individualizados para la enseñanza-aprendizaje
de álgebra en el nivel medio superior, con base en un modelo de conocimiento, el estilo de aprendizaje de cada alumno y su nivel de
conocimiento.
c) Un gestor de funciones, desarrollado para vincular la información entre la base de datos, el planificador y las interfaces de la aplicación web.
Además, de su uso para identificar los errores que podrían presentarse en el uso del sistema.
d) Una aplicación web que permita, a profesores, alumnos y administrador,
interactuar con el sistema que será desarrollado. Ésta estará almacenada en un servidor remoto e incluirá la base de datos, el planificador y el gestor
de funciones.
11
5. OBJETIVOS
5.1. Objetivo general
Desarrollar un sistema en línea que defina planes individualizados para la
enseñanza-aprendizaje de álgebra en el nivel medio superior, basado en un
planificador y un modelo de conocimiento.
5.2. Objetivos específicos
1. Diseñar el sistema, considerando el vínculo entre el modelo de conocimiento, el gestor de funciones y el planificador.
2. Desarrollar un modelo de conocimiento, con base en los temas de álgebra que
serán considerados y los niveles de aprendizaje (Taxonomía de Bloom).
3. Desarrollar un gestor de funciones que permita el vínculo entre los
componentes del sistema y que evite errores y decisiones que afecten al uso y
funcionamiento del éste.
4. Desarrollar un planificador que tenga la capacidad de definir planes de
enseñanza–aprendizaje individualizados, basándose en un modelo de
conocimiento, el estilo de aprendizaje de cada alumno y su nivel de conocimientos.
5. Diseñar y desarrollar la base de datos que almacene la información de los
alumnos, los profesores, el administrador y el modelo de conocimiento.
Administrador Base de datos
Planificador
Gestor de
funciones
Interfaces Servidor
Profesores Internet
Alumnos
Figura 2 Arquitectura general del sistema
12
6. Diseñar y desarrollar la aplicación web que estará almacenada en un servidor remoto y que permitirá la interacción de los usuarios con el sistema.
6. ESTADO DEL ARTE
Desde hace varias décadas se han propuesto modelos y se han desarrollado
herramientas tendientes a mejorar el proceso enseñanza-aprendizaje. Froebel, un pedagogo alemán y creador de los jardines de niños, consideraba que cada niño debía
aprender haciendo uso de las propias habilidades del infante y siendo guiado por su
profesor [12].
6.1. Propuestas en el método Enseñanza – Aprendizaje usando tecnología
Entre los proyectos en donde se han desarrollado y aplicado herramientas
tecnológicas, dedicadas a mejorar y facilitar el método enseñanza–aprendizaje, se encuentran las siguientes:
Propuesta didáctica aplicando tecnologías informáticas en Arquitectura.
En este artículo se presenta una propuesta didáctica utilizando recursos de informática para la enseñanza en el área de arquitectura.
La investigación realizada permitió detectar que actualmente faltan guiones y
recursos didácticos para que las prácticas incorporen tecnología de vanguardia en el nivel medio superior, entre éstos, la realidad virtual que, en Arquitectura, permite al
alumno conocer el resultado de un proyecto antes de iniciarlo [13].
An epistemology for software tool design that promotes knowledge production: Experiences with students learning computer programming languages.
Este trabajo se enfoca en aplicar principios de aprendizaje guiados con un modelo epistemológico, utilizando diferentes herramientas de software para facilitar
la adquisición de conocimientos en el alumno.
La implementación de la propuesta permite una detección oportuna de los progresos y dificultades del estudiante, para que el profesor pueda proporcionar, a los alumnos,
materiales complementarios y guías para la adquisición de conocimientos que
motiven a los estudiantes a desarrollar ideas innovadoras [14].
Software development integrating methodology with epistemology promoting knowledge production.
Este artículo está enfocado en el uso de la epistemología en conjunto con las metodologías que existen, para promover la producción de conocimiento, enfocada
a los estudiantes que buscan desarrollar software.
13
La implementación del proyecto brinda a los alumnos la posibilidad de tener bases que los preparan para resolver problemas en el desarrollo de software y con diferentes
niveles de complejidad [15].
Epistemological software design that promotes mathematical thought formation.
El propósito de este artículo está basado en la convergencia de la psicología
cognitiva y la epistemología, combinada con un contenido matemático, estructurado
de acuerdo a las categorías que también son propuestas en el artículo.
El modelo propuesto es utilizado para diseñar software que guíe a los estudiantes
durante la adquisición de conocimiento. El diseño del software está dividido en tres
etapas: la primera se dedica a que los alumnos exploren sus herramientas de
conocimiento; la segunda está enfocada a que los estudiantes realicen actividades diseñadas para producir conocimiento; finalmente, la tercera etapa es utilizada para
que el alumno observe cómo su conocimiento ha evolucionado [16].
One the use of case-based planning for e-learning personalization.
Este artículo propone una herramienta llamada myPTutor, mismo que utiliza
algunas técnicas de planificación para crear rutas de aprendizaje para cada estudiante, como secuencias de objetos de aprendizaje que consideran la pedagogía
y los conocimientos de los estudiantes [17].
La herramienta myPTutor está dedicada a dar un enfoque personalizado a la
educación e-Learning [5] en un vasto número de escenarios reales, desde pequeñas hasta grandes comunidades e-Learning. Los experimentos con este sistema
demuestran que éste es completamente válido para secundarias, preparatorias y
universidades, especialmente si estas escuelas ya utilizan Moodle [18].
6.2. Herramientas tecnológicas
A la fecha, continúan en desarrollo diferentes herramientas tecnológicas que buscan contribuir en el método enseñanza-aprendizaje; si bien, todas ellas están
enfocadas al ámbito educativo, presentan diferentes objetivos particulares. A continuación se mencionan las más influyentes en la actualidad.
Computer Aided Learning (CAL) – Computer Based Learning (CBL).
CAL se ha utilizado, a menudo, para describir el desarrollo y la aplicación de
la tecnología educativa en una variedad de circunstancias. El término CAL se usaba con frecuencia para referirse al desarrollo de una serie de programas informáticos que sustituyeron a los métodos más tradicionales de instrucción.
Por su parte, CBL implica el desarrollo de programas de computadora con el
propósito de mejorar los métodos de enseñanza. El objetivo general de este desarrollo
tecnológico es colocar a la computadora como el medio principal de conocimiento [6].
14
e-Learning, m-Learning, b-Learning.
El concepto e-Learning es definido como el uso de nuevas tecnologías multimedia e Internet para mejorar la calidad del aprendizaje, facilitando el acceso
a recursos y servicios, así como intercambios y colaboración a distancia.
e-Learning está basado en la convergencia de las tecnologías digitales de la información y la comunicación, tales como el audio y vídeo a través de dispositivos
móviles, la tecnología 3D y la Web, todo lo cual puede ser diseñado para soportar,
crear y compartir entornos educativos significativos [5].
Mientras tanto, m-Learning combina las tecnologías de las comunicaciones móviles
con e-Learning. Las características de m-Learning permiten al usuario tener acceso
en línea, incluso, mientras éste se encuentra en movimiento en un determinado
entorno [19].
En el mismo contexto, b-Learning se ha definido como un tipo de enseñanza
semipresencial, combinando la enseñanza presencial con tecnologías para la
enseñanza virtual. En este entorno, se ubican aquellos procesos de aprendizaje realizados mediante sistemas y redes digitales, pero en los que se establece una serie
de sesiones presenciales [20].
Sistemas Tutores Inteligentes.
Un Sistema Tutor Inteligente (STI) se caracteriza por aplicar las técnicas de
la Inteligencia Artificial para el desarrollo de sistemas de enseñanza asistida por ordenador, dónde el término ‘inteligente’ se asocia a la capacidad de adaptarse
dinámicamente al desarrollo del aprendizaje del estudiante. La enseñanza que se realiza con un STI, suele ser individual y se apoya en un proceso interactivo mixto,
en el que participa tanto el tutor como el alumno. El proceso está guiado por el tutor, el cual debe analizar el comportamiento del alumno para conocer su estado de
conocimiento, como para satisfacer sus requerimientos [8].
Entorno Virtual de Aprendizaje (EVA) y Ambiente Virtual de Aprendizaje (AVA).
Un entorno virtual de aprendizaje (EVA) se caracteriza por ser un ambiente
electrónico, constituido por tecnologías digitales; éste se encuentra alojado en la red
y se puede tener acceso remoto a sus contenidos a través de algún dispositivo con
conexión a internet.
Las aplicaciones que conforman un EVA, sirven de soporte para las actividades
formativas de docentes y alumnos; la relación didáctica no se produce de manera
presencial [21].
Por su parte, un ambiente virtual de aprendizaje (AVA) se define como un sistema
de software, diseñado para facilitar a profesores, la gestión de cursos virtuales para sus estudiantes, especialmente, ayudándolos en la administración y desarrollo del
curso. El sistema puede seguir, a menudo, el progreso de los principiantes; puede ser
controlado por los profesores y los mismos estudiantes [21].
15
Massive Online Open Courses.
Los cursos en línea masivos y abiertos (MOOC) son conocidos por ser cursos a distancia, accesibles por internet y a los que se puede inscribir cualquier persona y,
prácticamente, éstos no tienen límite de participantes.
Un MOOC tiene por objetivo ser un curso en línea destinado a la participación
ilimitada y acceso abierto a través de la web. Además de los materiales de un curso
tradicional, como son los vídeos, lecturas y cuestionarios, los MOOC proporcionan
fórums de usuarios interactivos, que ayudan a construir una comunidad para los estudiantes y profesores [4].
Moodle.
Esta herramienta se refiere a “objetos de aprendizaje”, normalmente de tamaños pequeños y diseñados para distribuirse en internet, permitiendo el acceso
simultáneo a la información por parte de múltiples usuarios.
Los objetos de aprendizaje siguen secuencias didácticas en las que el profesor guía a los alumnos, posibilitando su autoaprendizaje. Se facilita, así, el aprendizaje
individual y la colaboración entre los participantes [18].
6.3. Comparación entre el proyecto terminal propuesto y los trabajos y proyectos que ya han sido desarrollados
En el Estado del Arte descrito, se han revisado distintos trabajos y
herramientas que se encuentran dedicadas al ámbito educativo, con la finalidad de facilitar la adquisición del conocimiento en los alumnos.
En la sección 6.1 Propuestas en el método Enseñanza - Aprendizaje usando tecnología, se detallan trabajos [13][14][15][16] que están dedicados a utilizar
tecnologías ya desarrolladas, con la finalidad de contribuir como herramientas para
profesores y alumnos, facilitando el acceso a recursos y comprensión de temas, tomando como base, el concepto de epistemología, referido a los modelos de
conocimiento.
Estas propuestas y el proyecto terminal que se describe, coinciden en el objetivo de
fungir como herramientas en el método de enseñanza-aprendizaje, mediante el uso de tecnología y recursos digitales para su acceso remoto; sin embargo, no están
enfocadas al aprendizaje individualizado y no utilizan la planificación como
herramienta.
En estas propuestas tecnológicas también se encuentra myPTutor [17], mismo que
utiliza herramientas de planificación para la definición de rutas personalizadas de
aprendizaje en el ambiente e-Learning [5], aproximándose al objetivo de este
proyecto terminal; sin embargo, contrasta con éste al no describir un modelo de conocimiento y tampoco considerar los estilos de aprendizaje como parte de la
personalización en el aprendizaje.
16
Mientras tanto, en la sección 6.2 Herramientas tecnológicas, se describen sistemas en constante evolución, dedicados a facilitar el acceso local o remoto a recursos para
los estudiantes, teniendo como principal medio, el uso de dispositivos móviles.
CAL [6], e-Learning [5], m-Learning [19], b-Learning [20], EVA y AVA [21], MOOC [4] y Moodle [18] son herramientas que permiten a los profesores y alumnos
acceder a recursos en línea, de manera remota; sin embargo, en contraste con el proyecto terminal que se describe, éstos no actúan con el uso de un planificador o un
modelo de conocimiento y, por lo tanto, no existe un aprendizaje individual, sino masificado.
En la misma sección se describen los Sistemas Tutores Inteligentes [8]; éstos, de la
misma manera que el proyecto propuesto, individualizan el aprendizaje; sin embargo, los métodos que utilizan para ello son distintos al planificador que se
propone en este sistema, pues el algoritmo a utilizar en éste, no utiliza herramientas de desarrollo de inteligencia artificial, sino se basa en el algoritmo general de
planeación para proponer uno basado en funciones y consultas a bases de datos. La implementación de un Sistema Tutor Inteligente continúa siendo compleja y costosa
y no considera el perfil del profesor, en contraste con el proyecto que se propone.
7. MARCO TEÓRICO
La filosofía y las teorías que preceden la adquisición del conocimiento han estado presentes desde antes de que surgieran los métodos de enseñanza–aprendizaje o
cualquier estructura relacionada.
Federico Froebel, un pedagogo alemán, se convirtió en el pionero de la educación preescolar. Froebel consideraba que la educación es un proceso que comienza desde la
niñez y que debe situarse en un ambiente de motivación para el infante, a través de la
acción, el juego y el trabajo [12].
Más tarde, David Ausubel, pedagogo del siglo XX, presentó su teoría del aprendizaje
significativo, en donde enfatizaba que la enseñanza debe estar basada en los
conocimientos previos del alumno, de tal manera que el conocimiento se expanda sin
que haya deficiencias o espacios vacíos en él [22].
Arquitectura Cliente – Servidor
En una arquitectura cliente-servidor, la funcionalidad del sistema se organiza en
servicios, y cada servicio lo entrega un servidor independiente. Los clientes son usuarios de dichos servicios y para utilizarlos ingresan a los servidores.
Un sistema que sigue el patrón cliente-servidor se organiza como un conjunto de
servicios y servidores asociados, y de clientes que acceden y usan los servicios. Los principales componentes de este modelo son:
1. Un conjunto de servidores que ofrecen servicios a otros componentes.
2. Un conjunto de clientes que solicitan los servicios que ofrecen los servidores.
17
3. Una red que permite a los clientes acceder a dichos servicios. La mayoría de los sistemas cliente-servidor se implementan como sistemas distribuidos,
conectados mediante protocolos de Internet [23].
Base de datos relacional
Las bases de datos han sido desarrolladas para almacenar la información de forma ordenada con diferentes propósitos y usos, permitiendo, además, el vínculo entre
datos [24]. Una base de datos relacional se encuentra conformada por un conjunto de tablas que permiten almacenar y gestionar información y que pueden manipularse con el propósito de establecer vínculos entre ellas [25].
Concurrencia en aplicaciones web
La concurrencia en una aplicación web se define como la característica que
permite que los recursos disponibles en la red puedan ser utilizados simultáneamente
por los usuarios que interactúan en la red.
La posibilidad de medir y definir la concurrencia en un sistema, tiene la finalidad de
evitar inconsistencias durante la realización de transacciones y con ello, la pérdida de
datos [26].
Diseño web adaptativo
El diseño web adaptativo se describe como una técnica de diseño y desarrollo
web que, mediante el uso de estructuras e imágenes fluidas, así como de media-queries en la hoja de estilo CSS, consigue ajustar el contenido de los sitios web al ancho del área
de despliegue de cada dispositivo.
El uso de un diseño web adaptativo trae consigo varios beneficios, entre los que se destacan:
1. Reducción de costos, debido a que el código es menor y no se requieren
versiones distintas para su despliegue en cada uno de los dispositivos conocidos.
2. Eficiencia en la actualización, debido a que se utiliza una sola plantilla para la
producción de la página.
3. Mejora en la usabilidad, debido a que la legibilidad y características de uso del
sitio se ajustan automáticamente en cada dispositivo [27].
Modelos de aprendizaje VAK
Incluido en el análisis y estudio de elementos que influyen en el desempeño y
aprendizaje de las personas, en 1978 se presentó el modelo V.A.K. (Visual, Auditivo,
Kinestésico), el cual define que un estilo de aprendizaje visual facilita recordar imágenes
abstractas y concretas, mientras que un estilo de aprendizaje auditivo permite asociar información con voces o sonidos, facilitando el aprendizaje a través de audio;
finalmente, el estilo de aprendizaje kinestésico facilita la comprensión mediante
sensaciones y movimientos [9].
18
Este trabajo de estudio pretende analizar al estudiante desde su individualidad y la diversidad de estilos de aprendizaje. La propuesta considera las diferencias de los seres
humanos para aprender y la importancia de que los docentes conozcan este modelo, con la finalidad de que sean capaces de identificar la individualidad de cada estudiante y
poder considerarla en sus prácticas pedagógicas [28].
Planeación
La planeación es definida como un proceso que, dada una situación y un conjunto de operadores, encuentra la secuencia adecuada para pasar de una configuración inicial a una deseada [11].
Un planificador reconoce su entorno y los recursos disponibles, mismos que describen su estado inicial, y a partir de ello, éste es capaz de ejecutar los pasos correspondientes
para alcanzar el estado final esperado, como se observa en la Figura 3.
Cualquier instancia de un problema de planeación tiene al menos tres componentes:
a) Una descripción del estado inicial del ambiente.
b) Una descripción del o los objetivos (propósitos, metas o estado final) a alcanzar.
c) Una descripción de las acciones aplicables para pasar del estado inicial al final.
Servidor web
Un servidor web se define como un programa que atiende y responde a las
diversas peticiones de los navegadores, proporcionándoles los recursos que solicitan mediante el protocolo HTTP o el protocolo HTTPS. Un servidor web básico mantiene
un esquema de funcionamiento muy sencillo, ejecutando de manera infinita el siguiente bucle:
1. Espera peticiones en el puerto TCP asignado.
2. Recibe una petición.
3. Busca el recurso en la cadena de petición.
4. Envía el recurso por la misma conexión por donde ha recibido la petición.
5. Vuelve al punto 2.
Estado inicial
d e a
Acciones para alcanzar
un estado final
Estado final
b
a
e
c c
b
d
Figura 3 Planificador de bloques
19
A partir del esquema anterior se han diseñado y construido todos los programas servidores de HTTP que existen, variando sólo el tipo de peticiones que pueden atender,
en función de que sean o no multi-proceso, multi-hilo, etcétera [27].
Taxonomía de Bloom
Como parte del contexto de los métodos de enseñanza-aprendizaje y la adquisición del conocimiento, en 1956, Benjamin Bloom y sus colaboradores
desarrollaron una taxonomía; es decir, un sistema de clasificación de los objetivos educativos. Estos objetivos fueron divididos en tres dominios: cognoscitivo, como se muestra en la Figura 4, afectivo y psicomotor.
En la realidad, las conductas de estos tres dominios ocurren de manera simultánea [10].
8. METODOLOGÍA
Para la realización de este proyecto se consideran las etapas de desarrollo y que el tiempo para llevarlas a cabo es definido, por lo que es necesaria una metodología que
no requiera actividades adicionales, evitando ocupar lapsos que ya se hayan considerado para otras partes específicas de cada etapa. Esta metodología debe ser tolerante a
cambios, considerando que durante el proceso de desarrollo puedan localizarse errores que deban ser corregidos. La corrección de errores no implicará modificar los objetivos
o la propuesta de solución del proyecto, sino mejorar aspectos específicos en las etapas
del desarrollo; sin embargo, considerar que cada etapa en el proceso tiene una secuencia determinada de actividades para la elaboración de un sistema consistente, permite prever
errores y reducir las posibilidades de cambios. Existen distintos modelos de proceso de
software [23], cada uno con características y enfoques distintos. Por su definición, el
modelo que considera lo que se ha planteado, es el modelo en cascada.
Este modelo se basa en las principales etapas para el desarrollo de software, en donde
cada una está vinculada a una de mayor orden. El principio general de esta metodología
es la planeación; es decir, cada etapa se desarrolla en una secuencia determinada y hasta que ésta no haya concluido, no es posible continuar con el proceso de desarrollo.
La metodología en cascada no excluye la presencia de errores, porque, al llevar una planeación de etapas de trabajo, permite identificar cada una y definir en cuál deben
Evaluar
Sintetizar
Analizar
Aplicar
Comprender
Conocer
Figura 4 Pirámide de la Taxonomía de Bloom [10]
20
haber cambios, si éstos llegan a necesitarse. En la Figura 5 se presenta el diagrama de esta metodología.
Las etapas que son consideradas en el modelo en cascada [23] se describen como:
a) Análisis: Se establecen los requerimientos, las restricciones y las metas del
sistema. Además, se definen las herramientas a utilizar.
b) Diseño: Se identifican y describen las abstracciones fundamentales del sistema
de software y sus relaciones.
c) Desarrollo: El sistema es desarrollado con base en el diseño, considerando a
éste como un conjunto de programas.
d) Implementación y Pruebas: Las unidades de programa son integradas y
sometidas a pruebas, corroborando que las especificaciones de software se
hayan cubierto.
e) Mantenimiento: El mantenimiento consiste en corregir errores que no hayan
sido detectados en etapas anteriores e incrementar los servicios del sistema
conforme se establecen nuevos requerimientos.
Análisis
Diseño
Desarrollo
Implementación y
Pruebas
Mantenimiento
Figura 5 Diagrama del Modelo en Cascada [23]
21
9. ANÁLISIS
Durante el análisis realizado y enfocado a este proyecto, se definieron los
requerimientos que éste deberá cumplir, las herramientas que serán utilizadas para su
desarrollo y el funcionamiento general que describirá al sistema. A continuación se
describe cada componente de dicho análisis.
9.1. Requerimientos del sistema
A continuación se describen los requerimientos funcionales y no funcionales
del sistema, enfocados, cada uno, en cumplir con los objetivos del proyecto,
mediante la propuesta de solución realizada. Para su descripción se consideró la
especificación de requerimientos de software, recomendada por el estándar IEEE 830 [29].
9.1.1. Requerimientos funcionales
Los requerimientos funcionales se definen como enunciados acerca de los servicios que un sistema debe proveer y de la manera en que éste debe reaccionar
en situaciones específicas [23]. En la Tabla 1, se describen los requerimientos funcionales definidos para el sistema, especificando la justificación, los módulos del sistema y los usuarios relacionados con de cada uno.
ID
Requerimiento Descripción Justificación Prioridad
Módulo del sistema: Gestor de funciones.
Usuarios: Administrador, Profesores y Alumnos.
RF01 Los profesores y alumnos deberán registrarse en el sistema para acceder a éste.
El registro de los usuarios requiere datos personales y ser realizado en el momento en que éstos lo requieran.
Alta
RF02 Durante su registro, los usuarios deberán proporcionar su nombre personal, su correo electrónico y una contraseña.
A través de los datos proporcionados, los usuarios podrán ser identificados por el sistema.
Alta
RF03 Los usuarios, durante su registro, deberán ingresar dos veces su contraseña.
Confirmar la contraseña evitará que sea registrada incorrectamente.
Media
RF04 Al registrarse, los usuarios deberán ingresar una clave que será proporcionada por el administrador del sistema.
El uso de una clave permitirá identificar si los usuarios tienen o no, autorización para utilizar el sistema.
Media
RF05
Durante el registro de los
alumnos, se deberá confirmar que el número de alumnos, permitidos para ese grupo escolar, no haya sido superado.
Asociar un número de alumnos a un grupo escolar evitará que haya usuarios ajenos utilizando el sistema.
Media
22
RF06 El administrador del sistema deberá ser registrado de manera manual.
El registro manual evitará que un usuario ajeno sea registrado como administrador.
Alta
RF07 Los usuarios deberán iniciar sesión en el sistema para interactuar con éste.
La información y los privilegios permitidos a los usuarios variarán por perfil, por lo que será necesario identificar los datos correspondientes a través de una sesión.
Alta
RF08 Al iniciar sesión, los usuarios deberán ingresar su correo electrónico, contraseña y tipo de usuario.
Mediante los datos ingresados, el sistema podrá proporcionar la información y funciones correspondientes al usuario.
Alta
RF09 El administrador, los profesores y alumnos, a través de su cuenta, podrán modificar su nombre, correo electrónico y contraseña.
Por seguridad o identificación de errores, los usuarios requieren, en ocasiones, modificar sus datos.
Media
RF10 En los datos de los usuarios no podrá haber información duplicada.
No es correcto que los usuarios estén registrados más de una vez en el sistema.
Alta
RF11 Si hay datos incompletos o
incorrectos, el sistema deberá notificarlos a los usuarios.
Mediante las notificaciones, los usuarios podrán conocer qué datos
deberán modificar para realizar una acción.
Alta
Módulo del sistema: Gestor de funciones.
Usuarios: Administrador.
RF12 El administrador registrará los grupos escolares que podrán acceder al sistema.
Los grupos escolares permitirán relacionar a los profesores con sus alumnos.
Alta
RF13 Los grupos deberán ser registrados
con un nombre, una escuela y una asignatura.
Los datos vinculados a cada grupo
escolar, permitirán su identificación en el sistema.
Alta
RF14 Cada grupo deberá ser registrado como no validado.
Un grupo no validado indicará que ningún profesor ha sido asociado al grupo.
Alta
RF15 Los grupos registrados no deberán coincidir con el mismo nombre, escuela y asignatura.
Los grupos son únicos y no deben duplicarse en el sistema.
Alta
RF16 El administrador podrá modificar los datos de los grupos registrados.
Considerando que algún registro haya sido almacenado con datos incorrectos, necesitaría modificaciones.
Alta
RF17 El administrador podrá eliminar grupos escolares.
Si un grupo escolar, y por lo tanto, el profesor y alumnos asociados, no continuarán con autorización para utilizar el sistema, no permanecerá su registro.
Alta
RF18 El administrador podrá actualizar el temario considerado para el sistema.
Si se realizan modificaciones al temario oficial, éste deberá ser actualizado en el sistema.
Alta
Módulo del sistema: Gestor de funciones.
Usuarios: Profesores.
23
RF19 Los profesores podrán agregar contenidos de aprendizaje al sistema.
Son los profesores quienes dominan los temas y herramientas útiles para los alumnos.
Alta
RF20 Los contenidos agregados deberán estar, previamente, disponibles en la nube.
Los profesores tendrán la posibilidad de utilizar cualquier elemento al que se pueda acceder mediante un enlace.
Alta
RF21 Cada contenido de aprendizaje
podrá ser actualizado por el docente que lo agregó.
Actualizar un contenido de aprendizaje permitirá
complementarlo o renovarlo, de ser necesario.
Alta
RF22 Cada contenido de aprendizaje deberá estar asociado a un tema, un estilo de aprendizaje y un nivel de dominio.
Los contenidos de aprendizaje variarán en características que definan a qué alumnos podrán ser útiles.
Alta
RF23 Cada contenido de aprendizaje deberá estar conformado por, al menos, una base teórica, ejemplos o ejercicios.
Los contenidos de aprendizaje no podrán incluir sólo una evaluación, pues los alumnos necesitan herramientas para repasar o conocer un tema.
Alta
RF24 Un contenido de aprendizaje
podrá estar asociado a más de una evaluación.
Si un alumno necesita utilizar el mismo contenido de aprendizaje
en más de una ocasión, podrá ser evaluado con distintos exámenes.
Alta
RF25
Los profesores deberán confirmar si agregarán un nuevo contenido de aprendizaje, pese a que ya haya tres o más en el sistema con las mismas características.
Es probable que haya contenidos de aprendizaje que ya no sean necesarios, porque ya existan algunos con las mismas características.
Media
RF26
Los contenidos de aprendizaje podrán combinarse si coinciden en las mismas características, pero están asociados a elementos didácticos distintos (base teórica, ejemplos, ejercicios o evaluaciones).
Es probable que un contenido de aprendizaje incluya, por ejemplo, sólo una base teórica, y alguno nuevo, con el mismo tema, estilo y nivel, incluya sólo ejemplos, entonces esos contenidos pueden unificarse.
Media
RF27 Los contenidos de aprendizaje deberán estar disponibles para todos los alumnos registrados en el sistema.
Los contenidos de aprendizaje serán un trabajo colaborativo de los profesores, dedicado a los alumnos.
Alta
RF28 Las evaluaciones vinculadas a los contenidos de aprendizaje deberán estar disponibles en el sistema.
Una evaluación de contenido, al ser resuelta, deberá ser calificada en ese momento para que el sistema decida si el alumno
necesita un nuevo plan.
Alta
RF29
Los profesores podrán eliminar la base teórica, los ejemplos, ejercicios o las evaluaciones asociadas a los contenidos de aprendizaje que hayan agregado, pero no el contenido de aprendizaje completo.
Un contenido de aprendizaje que fue creado, podría estar siendo utilizado por uno o varios alumnos, por lo que, en caso de requerir cambios, podrá modificarse, pero no ser eliminado.
Alta
RF30 Si un elemento didáctico es eliminado de los contenidos de aprendizaje, el contenido deberá
Un contenido de aprendizaje debe aportar herramientas para los alumnos.
Alta
24
seguir asociado, al menos, a una base teórica, ejemplos o ejercicios.
RF31 Los profesores podrán consultar, agregar y modificar las calificaciones de sus alumnos.
Los profesores, mediante las calificaciones, cuantifican el desempeño de los alumnos.
Alta
RF32 Cada profesor podrá modificar el número de ocasiones que un plan
individualizado podrá ser generado para un alumno.
Si un alumno no obtiene los resultados esperados podrá acceder a un nuevo plan de aprendizaje, pero el profesor
decidirá en qué momento asesorará al alumno sin el uso de planes.
Alta
RF33 Los profesores definirán objetivos de aprendizaje para sus alumnos.
Mediante los objetivos de aprendizaje, el planificador conocerá qué es lo que los alumnos deberán aprender.
Alta
RF34
Un objetivo de aprendizaje deberá estar asociado a un tema, una calificación mínima y un número máximo de planes individualizados que puedan ser definidos para ese objetivo.
Mediante los datos ingresados, podrán obtenerse características cualitativas y cuantitativas que identificarán los objetivos de aprendizaje.
Alta
RF35 Los profesores podrán modificar los objetivos de aprendizaje que hayan definido.
Los datos que hayan sido agregados inicialmente, podrían requerir cambios por renovación o errores.
Alta
RF36
Los profesores deberán visualizar una notificación si intentan definir un objetivo de aprendizaje para el que no haya contenidos con el mismo tema.
Si no hay contenidos para un tema, no podrán generarse planes individualizados enfocados a ese aprendizaje.
Alta
RF37
Los profesores deberán saber si, al definir un nuevo objetivo de aprendizaje, hay alumnos que no han obtenido los resultados esperados en los objetivos previos.
Los profesores podrían requerir que los alumnos concluyan, antes, con los objetivos esperados.
Alta
RF38 Al definir un nuevo objetivo de aprendizaje, los profesores deberán incluir una evaluación asociada a ese objetivo.
Mediante las evaluaciones, se conocerá si los alumnos han o no, obtenido los conocimientos esperados.
Alta
RF39 Un tema objetivo podrá estar asociado a más de una evaluación.
Si un alumno utiliza un contenido de aprendizaje en más de una ocasión, podrá resolver un examen diferente en cada una.
Alta
RF40 Las evaluaciones asociadas a un tema objetivo, podrán ser aplicadas en línea o de manera presencial.
Los profesores podrían requerir evaluar en línea o aplicar el examen en el aula.
Alta
Módulo del sistema: Gestor de funciones.
Usuarios: Alumnos.
RF41 En su primer inicio de sesión, cada alumno deberá resolver un test
VAK y una evaluación.
Los alumnos deberán estar asociados a un estilo de aprendizaje y conocimientos que
definirán su perfil.
Alta
25
RF42 Los alumnos tendrán acceso a los contenidos de aprendizaje definidos en sus planes individualizados.
Mediante los contenidos de aprendizaje, los alumnos obtendrán herramientas para repasar temas sugeridos por los profesores.
Alta
RF43 Los alumnos podrán resolver en línea, las evaluaciones asociadas a los contenidos y objetivos de aprendizaje correspondientes.
Si los profesores incluyen evaluaciones en línea, los alumnos deberán resolverlas.
Alta
RF44 Los alumnos no podrán acceder a un nuevo plan de aprendizaje si no han resuelto las evaluaciones correspondientes a los anteriores.
Para definir un plan individualizado, será necesario conocer los conocimientos que un alumno ha obtenido.
Alta
RF45 Cada alumno podrá consultar sus calificaciones obtenidas en cada tema.
Los alumnos podrían requerir conocer sus avances y resultados.
Alta
Módulo del sistema: Planificador.
Usuarios: Alumnos.
RF46 Un plan individualizado deberá estar dedicado a un tema objetivo.
Los planes estarán sujetos a los objetivos de aprendizaje que los profesores definan para sus alumnos.
Alta
RF47 Los contenidos de aprendizaje definidos en un plan, deberán corresponder al nivel de conocimientos del alumno.
Un alumno puede revisar contenidos con una complejidad igual o menor a la que domina, pero no superior.
Alta
RF48 Los alumnos, de ser posible, deberán tener acceso a contenidos con un estilo de aprendizaje correspondiente al de ellos.
Si no hay suficiente disponibilidad de contenidos, los alumnos podrían revisar contenidos, incluso si no están orientados a su estilo de aprendizaje.
Alta
RF49 Al definir planes individualizados, será preferente que no se utilicen contenidos que ya hayan sido utilizados.
Si un alumno debe repasar un tema, indicará a que no cumplió los objetivos esperados mediante los contenidos de aprendizaje propuestos en planes previos.
Alta
Tabla 1 Requisitos funcionales del sistema
9.1.2. Requerimientos no funcionales
Los requerimientos no funcionales son definidos como limitaciones sobre
servicios o funciones que ofrece el sistema. Incluyen restricciones del proceso de
desarrollo, como impuestas por los estándares [23]. En la Tabla 2, se especifican los requerimientos no funcionales que describirán al sistema, clasificados según
el autor Ian Somerville [23].
ID
Requerimiento Descripción Justificación Prioridad
Requerimientos de producto: Son los requerimientos que especifican el comportamiento del sistema
[23].
26
RNF01 El tiempo de aprendizaje, con respecto al uso del sistema, deberá ser menor a tres horas.
El sistema estará dedicado a ser una herramienta en el proceso de enseñanza–aprendizaje de álgebra y el uso de éste debe ser intuitivo al usuario.
Alta
RNF02 El sistema deberá proporcionar mensajes de error que sean informativos y orientados a los usuarios finales.
Los usuarios utilizarán el sistema bajo determinadas restricciones, por lo que deberán conocer los motivos por los que no podrán realizar ciertas acciones.
Alta
RNF03
El sistema deberá contar con un diseño responsivo [27], permitiendo la adecuada visualización en computadoras personales, tabletas y teléfonos inteligentes.
Los usuarios finales no estarán sujetos a contar con un tipo de dispositivo móvil específico para utilizar el sistema, permitiendo mayor apertura de uso.
Alta
RNF04 El sistema podrá ser utilizado por múltiples usuarios en
sesiones simultáneas.
Los usuarios podrían acceder al sistema al mismo tiempo, por lo que
será necesaria la posibilidad a concurrencia.
Alta
Requerimientos de organizacionales: Son requerimientos derivados de procedimientos en la
organización del cliente y del desarrollador [23].
RNF05 Podría accederse al sistema mediante una red local o a través de Internet.
Para implementaciones futuras, el sistema podría requerir estar disponible en un dominio público.
Alta
Tabla 2 Requerimientos no funcionales del sistema
9.1.3. Restricciones del sistema
Las restricciones del sistema que se presentan a continuación, establecen
limitaciones que serán consideradas en el desarrollo de éste.
1. El sistema no dispondrá de redundancia de servidores.
2. El sistema no realizará respaldos de información.
3. No habrá contenidos de aprendizaje almacenados en el servidor.
4. El servidor web, el código del sistema, la base de datos y el código de
las interfaces estarán almacenados en el mismo equipo de hardware.
9.2. Definición del sistema
Actualmente, el desarrollo de aplicaciones permite la interacción con datos y
herramientas de utilidad para la resolución de problemáticas cotidianas o
correspondientes a un área específica de la ciencia o conocimiento. En dicho
contexto, se plantea el desarrollo de un sistema, dedicado a profesores y alumnos
para la enseñanza-aprendizaje de álgebra en el bachillerato general, correspondiente
al nivel de educación media superior.
Los requerimientos funcionales que describen al sistema, consideran el
almacenamiento de los datos correspondientes a los usuarios, así como la
27
presentación de éstos en la interfaz con la que interactuarán el administrador, los
profesores y alumnos. Con base en tales características, se consideran los dos tipos
de aplicaciones que en la actualidad son desarrolladas y utilizadas:
a) Aplicaciones nativas, mismas que se caracterizan por ser desarrolladas
para un sistema operativo específico de dispositivos [30].
b) Aplicaciones web, las cuales se identifican por permitir el acceso de los
usuarios desde cualquier dispositivo móvil [27].
Para la definición del tipo de aplicación que se desarrollará, se consideran los
objetivos planteados para el sistema, los requerimientos funcionales que se han
definido para éste y la comparación de características técnicas y funcionales de cada
tipo de aplicación, donde esta última es presentada en la Tabla 3.
Características Aplicaciones nativas Aplicaciones web Requerimientos del
sistema
Creación contra consumo de contenido
Son más adecuadas
para la creación de contenido, debido al rendimiento y el acceso al hardware.
Son menos adecuadas
para la creación de contenido, por no tenerse acceso directo al hardware; sin embargo, son, equitativamente, adecuadas para el consumo de contenido.
El sistema se encuentra
enfocado en el consumo de contenido. Por su parte, la carga de información que los profesores realicen no estará, necesariamente, sujeta al hardware del dispositivo que utilicen.
Experiencia del usuario
Integración perfecta
con el sistema operativo nativo.
Integración limitada,
requiere frameworks externos.
La interacción del
sistema con los usuarios se centrará en ser simple y eficaz. No hay requerimientos especiales en el sistema.
Frecuencia de actualización
Las actualizaciones son formales a través de las tiendas de
aplicaciones.
Las actualizaciones son más informales y equivalen a
actualizaciones de sitios web.
Las actualizaciones realizadas al sistema estarían enfocadas en
la apertura de nuevas herramientas.
Desempeño
Máximo rendimiento y acceso al hardware del dispositivo.
El rendimiento depende de la renderización de Javascript y de los navegadores web móviles, así como del acceso limitado al hardware del
dispositivo.
La carga de información de contenidos de álgebra y de datos personales no implicará el uso obligatorio de determinadas características de
hardware.
Funcionalidad
Toda la funcionalidad del sistema operativo móvil está disponible.
La mayor parte de la funcionalidad del sistema operativo móvil está disponible.
Las actividades de consumo o creación de contenido, no requieren funcionalidades
28
específicas de un determinado sistema operativo.
Desarrollo
Requiere desarrollo específico para cada sistema operativo móvil.
El desarrollo es independiente al dispositivo en el que se presente.
Los requerimientos contemplan que los usuarios puedan utilizar el sistema desde cualquier dispositivo móvil.
Tabla 3 Comparación entre aplicaciones nativas y aplicaciones web [30]
Debido a las características que presentan ambos tipos de aplicaciones y a los
requerimientos del sistema, se determina que será una aplicación web la que será
desarrolla, cumpliendo ésta con todos los requerimientos del sistema, incluyendo el
que los usuarios puedan acceder al contenido desde cualquier dispositivo móvil con
conexión a Internet. El descartar el desarrollo de una aplicación nativa se debe a que
las ventajas que ofrece sobre una aplicación web no son básicas en el sistema,
incluyendo que una aplicación nativa limita la variedad de dispositivos móviles con
los que el usuario puede interactuar con la aplicación.
9.3. Especificación de herramientas de desarrollo
El desarrollo del sistema implicará el uso de herramientas de hardware y
software que permitan cubrir los requerimientos funcionales y no funcionales del
sistema. A continuación se presentan las herramientas que serán utilizadas y los
motivos que justifican su uso.
9.3.1. Herramientas de software
Servidor Web
El desarrollo e implementación de las aplicaciones web se encuentra basado en la arquitectura cliente-servidor, misma que permite
que una aplicación sea modelada como un conjunto de servicios que proporciona uno o varios servidores; los clientes pueden acceder a dichos
servicios y presentar resultados a usuarios finales [23].
En la aplicación web que será desarrollada, será un servidor web el encargado de recibir y responder las solicitudes de los clientes.
Actualmente, existe una amplia variedad de servidores web con distintas características y, como consecuencia, con diferentes propósitos y usos. A
continuación se presentan los servidores web más conocidos en la actualidad.
Apache
Apache es uno de los servidores web más populares, ya que se trata
de un software libre y de código abierto, siendo éstas sus dos principales
ventajas. Al tratarse de un software de código abierto, programadores de
29
todo el mundo colaboran de manera activa en su mejora, por lo que constantemente está actualizándose. Aporta una gran estabilidad y
potencia, siendo muy sencillo de configurar. Un sistema multiplataforma disponible para Microsoft Windows, Linux y iOS [31].
Lighttpd
Este servidor web ofrece soluciones rápidas, seguras y flexibles. Un
servidor de software libre que está, especialmente, pensado para aquellos servidores que tengan que soportar una número considerado de carga y
que, por lo tanto, necesiten de alta velocidad, ya que Lighttpd es muy ligero y consume pocos recursos tanto de la tarjeta RAM, como de la CPU
[31].
Microsoft IIS
Es el servidor web de Microsoft, por lo que únicamente está
disponible para este sistema operativo. Entre sus principales ventajas destacan la facilidad de administración y la capacidad de extensión. No
obstante, soporta un número limitado de conexiones, por lo que su
rendimiento y capacidad no son lo más destacado de este servidor web
[31].
Nginx
Este servidor es uno de los más ligeros que existen en la actualidad, de software libre y código abierto. En términos de seguridad, soporta SSL y tiene capacidad suficiente para habilitar 10,000 conexiones al mismo
tiempo. Una de sus principales ventajas es que apenas consume recursos [31].
En la Tabla 4 se presenta una comparación de características principales
entre los servidores web ya mencionados, con la finalidad de definir el
servidor web que será utilizado para el desarrollo de este proyecto.
Características Apache Lighttpd Microsoft IIS Nginx
Almacenamiento en caché
Sí [32] Sí [33] Sí [34] Sí [35]
Código abierto Sí [32] No [33] No [34] Sí [35]
Concurrencia
En el Módulo de Multiprocesamiento worker, el número
máximo de conexiones concurrentes se encuentra definido
por el límite superior de procesos, el cual debe ser mayor o
Cuenta con un módulo llamado server.max-connections, mismo
que permite ajustar el manejo de solicitudes. Su
valor por defecto corresponde a 1024 conexiones simultaneas; sin
Tiene disponible el atributo maxConnections,
con el que limita el número de conexiones de cliente
simultáneas. El valor predeterminado
El módulo ngx_http_limit_conn_module se
utiliza para limitar el número de conexiones por la clave definida,
en particular, el número de conexiones desde
30
igual al máximo número de conexiones concurrentes entre el número de
subprocesos creados por cada proceso hijo. El límite superior de procesos es de 20000 [32].
embargo, éste puede incrementar [33].
es 4294967295 [34].
una única dirección IP [35].
Software libre Sí [32] Sí [33] No [34] Sí [35]
Escalabilidad
Un Módulo de Multiprocesamiento como worker
utiliza subprocesos para servir las solicitudes y es capaz de atender un gran número de solicitudes con
menos recursos del sistema que un servidor basado en procesos [32].
Por ser un servidor de un solo proceso
basado en eventos y sin bloqueo, aporta ventajas de rendimiento en casos donde éste no escala fácilmente en CPUs [33].
A través de las herramientas de
Enrutamiento de Solicitud de Aplicación (ARR) y Balanceo de Carga de Red (NLB) es posible realizar ajustes en la configuración para lograr una alta disponibilidad y escalabilidad [34]
Funciona con un maestro y varios
procesos de trabajo; los procesos de trabajo se ejecutan bajo un usuario no privilegiado [35].
Multiplataforma Sí [32] Sí [33] No [34] Sí [35]
Seguridad
Aporta una encriptación robusta mediante el uso de los protocolos SSL y TLS [32].
El uso de SSL requiere la instalación de openssl-devel y
openssl [33].
Cuenta con diferentes módulos de seguridad, uno de ellos es el módulo de autenticación de Windows, el cual restringe el acceso a la API a
los usuarios de los grupos Administradores y Administradores de IIS [34].
Mediante el módulo ngx_stream_ssl_module proporciona
el soporte necesario para el funcionamiento con los protocolos SSL / TLS [35].
Velocidad
Varía con respecto a la memoria RAM, capacidad de disco duro y procesador en el que funcione el servidor. Apache contiene módulos que permiten
definir los límites
Cuenta con el módulo connection.kbytes-per-second, el cual
limita el rendimiento para cada conexión individual a un límite especificado en kbyte/s. Éste no
Tiene disponible una extensión para la limitación de velocidad de bits, la cual posibilita la reducción de costos de red mediante la
medición de la
Mediante el atributo limit_rate rate, se ajusta la tasa de transmisión de respuesta a un cliente. La velocidad se especifica en
bytes por
31
para el consumo de memoria RAM, espacio en disco duro, así como restringir el
tamaño total del cuerpo de las solicitudes HTTP enviadas por los clientes [32].
tiene un valor por defecto [33].
velocidad de descarga de archivos multimedia y de datos [34].
segundo. El límite se establece por cada solicitud, por lo que si un cliente abre
simultáneamente dos conexiones, la tasa global será el doble que el límite especificado [35].
Tabla 4 Comparación entre los servidores más utilizados en la actualidad
Con base en las características comparadas en la Tabla 4, es posible determinar que se hará uso del servidor web Apache, pues éste presenta
herramientas útiles para el desarrollo del sistema. Una de sus principales
ventajas es que está disponible como software libre, lo que aporta a la
reducción de costos para el desarrollo del sistema. Además, Apache se define como un servidor multiplataforma, permitiendo mayor
disponibilidad de sistemas operativos; es decir, el host en donde sea
instalado el servidor web, podrá tener ejecutando cualquier sistema
operativo, sin que esto afecte la funcionalidad de Apache.
Con respecto a la concurrencia, Apache cuenta con módulos conocidos
como Módulos de Multiprocesamiento, mismos que permiten configurar
la cantidad de clientes a los que el servidor puede responder de manera simultánea, con base en el límite superior de procesos que permite
Apache; actualmente, este límite corresponde a 20000 procesos; es decir,
la concurrencia que permite este servidor web es suficiente para atender a
menos de 20000 usuarios. El sistema a desarrollar tendrá la posibilidad de realizar pruebas en un grupo de 20 alumnos, considerando que en una
implementación real la cantidad de alumnos incrementaría.
En relación a la seguridad, Apache, como la mayoría de los servidores, hace uso de los protocolos SSL y TLS, mismos que se definen por
mantener la seguridad en las transacciones entre clientes y servidor [36],
permitiendo que la información compartida mantenga su privacidad y
autenticidad.
Lenguaje de programación
PHP, cuyas siglas corresponde al acrónimo hypertext preprocessor, es un lenguaje de programación orientado a objetos y es multiplataforma, disponiendo de una gran cantidad de librerías de código libre [27]. El
servidor web Apache permite incorporar PHP como un módulo propio del servidor. El uso de PHP en el desarrollo del sistema, tiene por objetivo
la programación de la lógica de la aplicación, misma que incluye al planificador. Adicionalmente, PHP está considerado para permitir la
conexión con la base de datos.
32
Gestor de base de datos
PHP proporciona métodos para acceder a distintos sistemas de bases de datos, entre ellos MySQL [27]. Dicho gestor es comúnmente
utilizado por su alto rendimiento en el uso de bases de datos de consulta. En el desarrollo de la aplicación web, se tiene contemplada una base de
datos que permita el almacenamiento del perfil de los usuarios, mismos que serán identificados como docentes y alumnos, así como el
almacenamiento y consulta de los contenidos de álgebra que estarán incluidos en el sistema.
Diseño de la aplicación web
HTML (lenguaje de marcas de hipertexto, por sus siglas en inglés) es utilizado para la creación de documentos que muestren una estructura de
hipertexto. Dichos documentos se definen por contener información
vinculada con otros documentos, lo que permite cambiar de un
documento al referenciado desde la aplicación con la que se está visualizando [27]. Adicionalmente, HTML permite la creación de
documentos multimedia; es decir, que incluyan imágenes, vídeos y
sonidos. Su uso en la aplicación web será la base de las vistas con las que
los usuarios interactúen.
Por su parte, el lenguaje de programación Javascript permitirá la creación
de contenido dinámico [27]; es decir, su inclusión en el desarrollo del
sistema incluirá la posibilidad de que los clientes, al acceder al servidor desde algún navegador, puedan interpretar el código almacenado en el
servidor, permitiendo que cuando el servidor responda a la solicitud del
cliente, este último interprete el código de Javascript, ejecutando
funciones en tiempo real. Javascript permite la manipulación de código en las vistas, así como en la lógica del sistema.
9.3.2. Herramientas de hardware
Considerando que el servidor web que será utilizado es Apache y con base
en las características que definen a éste, se opta por hacer uso del siguiente equipo
para el desarrollo del sistema, teniendo en cuenta que éste tiene las características necesarias para soportar el software que ha sido definido.
Notebook Toshiba Satellite L55D-B5162RM
Sistema operativo Windows 10
Procesador AMD Quad-Core A8-6410
Memoria RAM 6 GB
Disco duro 750 GB
Velocidad del procesador 2.4 GH
33
9.4. Modelado UML del sistema
El desarrollo de diagramas UML (Lenguaje de Modelado Unificado, por sus
siglas en inglés) tiene por objetivo presentar modelos abstractos de un sistema, donde
cada modelo presenta una perspectiva diferente de dicho sistema en general [23].
A continuación se presentan cuatro tipos de diagramas UML que tienen la finalidad
de presentar de una manera sencilla las funcionalidades generales del sistema y cómo
éste interactuará con los usuarios, teniendo como base los requerimientos
funcionales especificados para el sistema.
9.4.1. Diagramas de casos de uso
Los siguientes diagramas de casos de usos, presentados en las Figuras 6, 7 y 8 presentan la manera en que los docentes y alumnos interactuarán con el sistema
en los escenarios: Inicio de sesión, Aprendizaje en línea y Evaluación de un tema.
Figura 6 Diagrama de casos de uso: Inicio de sesión
34
Figura 7 Diagrama de casos de uso: Aprendizaje en línea
Figura 8 Evaluación de un tema
35
9.4.2. Diagrama de actividades
En el diagrama de la Figura 9 se presentan las actividades que podrán
realizar los alumnos y docentes, a partir del funcionamiento y trayectoria del
sistema.
Figura 9 Diagrama de actividades del sistema
36
9.4.3. Diagrama de clases
El diagrama de clases de la Figura 10 presenta la relación entre las clases
del sistema, mismas que se considerarán para mantener la vinculación entre los datos que el sistema almacenará y utilizará para el funcionamiento de la
aplicación.
Figura 10 Diagrama de clases del sistema
9.4.4. Diagrama de secuencias
El diagrama presentado en la Figura 11, tiene la finalidad de mostrar las interacciones entre el sistema y los usuarios de manera ordenada; es decir, cómo
se ejecutan las acciones en un esquema general.
Figura 11 Diagrama de secuencias del sistema
9.5. Fundamentos teóricos del sistema
El sistema a desarrollar, estando enfocado a un objetivo en la educación,
utilizará un temario y un test VAK [9], donde el primero será utilizado para definir los temas que cubrirán los contenidos de aprendizaje proporcionados por los
37
profesores, y el segundo permitirá definir el estilo de aprendizaje de los alumnos que ingresen al sistema. Por ello, a continuación, se presenta el análisis realizado para
definir el temario y el test VAK en los que estará basado el sistema.
9.5.1. Temario de álgebra de la Educación Media Superior
Actualmente, la Educación Media Superior en México se encuentra
sectorizada en dos principales tipos de modalidad:
a) Educación escolarizada, la cual se caracteriza por ser presencial y con clases diarias.
b) Educación no escolarizada, permite a los alumnos estudiar a distancia o en
horarios flexibles [37].
Considerando los objetivos y el escenario de pruebas definidos para el proyecto,
en donde se plantea que el sistema será probado en un aula de clases con alumnos
de bachillerato que se encuentren cursando álgebra, los contenidos de aprendizaje que se considerarán para el sistema serán los correspondientes a la modalidad
escolarizada.
En la Educación Media Superior, la modalidad escolarizada cubre dos categorías
de bachillerato: el bachillerato tecnológico y el bachillerato general [37]. El bachillerato tecnológico se caracteriza por brindar una formación bivalente, pues
el alumno egresa con habilidades y conocimientos que le permiten acreditar una
carrera técnica y, además, tiene la posibilidad de continuar sus estudios en el nivel superior. Por su parte, el bachillerato general ofrece a los alumnos una formación
genérica que les permite continuar con sus estudios superiores [38].
Entre las características que distinguen a una categoría de la otra, se encuentran
los planes de estudio, mismos que especifican las asignaturas, sus contenidos y la secuencia de éstas durante la trayectoria escolar de los alumnos. Adicionalmente,
existen diferentes programas de bachillerato dentro de cada categoría [37]. La
Tabla 5 indica los distintos programas que se encuentran asociados a cada categoría de la modalidad escolarizada.
Modalidad Escolarizada
Programa de bachillerato Categoría
Dirección General de Educación Tecnológica Industrial (DGETI)
Dirección General de Educación, Ciencia y Tecnología del Mar (DGECyTM)
Bachillerato Tecnológico Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica (CONALEP)
Centro de Enseñanza Técnica Industrial (CETI)
Bachillerato Intercultural (BI)
Dirección General de Educación Tecnológica Agropecuaria (DGETA)
38
Dirección General del Bachillerato (DGB) Bachillerato General
Colegio de Bachilleres (COLBACH)
Tabla 5 Tipos de programas de bachillerato en la modalidad escolarizada de la Educación Media Superior [37]
Para cada categoría y programa de la modalidad escolarizada, la Subsecretaría
de Educación Media Superior ha definido planes de estudio para cada asignatura;
sin embargo, existe un marco curricular común, mismo que está conformado por
los temas que son impartidos, de manera general, en la modalidad escolarizada [39].
Los contenidos de álgebra son parte del marco curricular común en la modalidad
escolarizada de la Educación Media Superior. En el bachillerato tecnológico, el plan de estudios correspondiente a los tópicos de álgebra es la asignatura de
Álgebra, mientas que en el bachillerato general se nombra Matemáticas I. En la
Tabla 6 se indican datos específicos de los planes de estudio de álgebra para cada categoría de bachillerato [40] [41].
Asignatura Semestre Categoría
Álgebra 1er Semestre Bachillerato tecnológico
Matemáticas I 1er Semestre Bachillerato general
Tabla 6 Planes de estudio de Álgebra en la modalidad escolarizada de la Educación Media Superior [39]
La Subsecretaría de Educación Media Superior ha establecido los contenidos, su
secuencia y los objetivos de aprendizaje para los planes de estudio de álgebra en
el bachillerato tecnológico y en el bachillerato general [41] [42]. En la Tabla 7 se
presenta la comparación entre los contenidos centrales de Matemáticas I y Álgebra [39].
Matemáticas I – Bachillerato General Álgebra – Bachillerato Tecnológico
Lenguaje algebraico
Uso de variables y expresiones algebraicas en el contexto de los números positivos y reales.
Expresiones algebraicas.
Notación y representación algebraica de
expresiones en lenguaje común.
Interpretación de expresiones algebraicas.
Evaluación numérica de expresiones algebraicas.
Sucesiones y series (aritméticas y geométricas) de números, bosquejando funciones discretas (lineales y exponenciales).
Operaciones fundamentales.
Suma, resta, multiplicación y división.
Comparaciones con el uso de tasas, razones, proporciones y variación proporcional como caso simple de relación lineal entre dos variables.
Operaciones fundamentales.
Leyes de los exponentes y radicales.
39
Operaciones con polinomios de una variable y factorizaciones básicas de trinomios.
Operaciones fundamentales.
Productos notables.
Factorización.
Ecuaciones
Sistemas de ecuaciones 1 x 1, 2 x 2, 3 x 3, en estrecha conexión con la función lineal.
Ecuaciones lineales.
Con una incógnita.
o Resolución y evaluación de ecuaciones.
Con dos y tres incógnitas. o Sistema de ecuaciones. o Métodos de solución.
Ecuaciones cuadráticas en una variable y su relación con la función cuadrática.
Ecuaciones cuadráticas.
Métodos de solución.
Tabla 7 Comparación entre los actuales contenidos centrales de Matemáticas I en el Bachillerato General y Álgebra en el
Bachillerato Tecnológico [39]
Considerando las observaciones y las modificaciones que la Subsecretaría de
Educación Media Superior ha realizado en la planeación del nuevo modelo educativo, mismo que será implementado en agosto del 2018, se determina que
el plan de estudios en el que estará basado el sistema a desarrollar, será el correspondiente a Matemáticas I del Bachillerato General, por ser éste el más
parecido a los planes de estudio que entrarán en vigor en 2018 [43]. En la Tabla
8 se presentan los contenidos centrales de álgebra de los planes de estudio correspondientes al nuevo modelo educativo [39].
Matemáticas I – Bachillerato General
Álgebra – Bachillerato Tecnológico
Uso de las variables y las expresiones algebraicas.
Usos de los números y sus propiedades.
Conceptos básicos del lenguaje algebraico.
De los patrones numéricos a la simbolización algebraica.
Sucesiones y series numéricas.
Variación lineal como introducción a la relación funcional.
Variación proporcional.
Tratamiento de lo lineal y lo no lineal (normalmente cuadrático).
El trabajo simbólico.
Representación y resolución de sistemas de ecuaciones lineales. Tabla 8 Contenidos centrales de Matemáticas I en el Bachillerato General y Álgebra en el Bachillerato Tecnológico en los
planes de estudio del nuevo modelo educativo [39]
El considerar el actual modelo educativo para el desarrollo del sistema, y no el
que se implementará en agosto del 2018, se basa en la duración del proyecto. El nuevo modelo educativo será implementado en las aulas después de que el
sistema sea sometido a pruebas; sin embargo, el utilizar el actual plan de estudios de Matemáticas I, permitirá que si el sistema es utilizado a futuro, los contenidos
que éste utilice sean admitidos en el nuevo modelo educativo.
40
9.5.2. Temario de álgebra de la Educación Media Superior
El utilizar los estilos de aprendizaje visual, auditivo y kinestésico (VAK)
[9] como base para el desarrollo del sistema, tiene por objetivo el considerar las
principales habilidades de cada alumno en el aprendizaje de álgebra, permitiendo
que cada estudiante tenga acceso a herramientas que, de acuerdo a su estilo de aprendizaje, le permitan adquirir nuevos conocimientos.
Los estilos de aprendizaje VAK se definen en el Modelo de Programación
Neurolingüística. La Programación Neurolingüística fue planteada, por primera vez, a principios de la década de 1970 por John Grinder y Richard Bandler de la
Universidad de California. El principio de este modelo se basa en el proceso de
definir patrones de comportamiento y lenguaje en una persona que tiene
determinadas aptitudes para una actividad dada [44].
En el entorno de la Programación Neurolingüística se definen los estilos de
aprendizaje visual, auditivo y kinestésico [45]:
a) Visual: Las personas visuales aprenden con base en imágenes o información que puedan leer o ver.
b) Auditivo: Las personas auditivas aprenden, con mayor facilidad,
cuando reciben las explicaciones oralmente y pueden hablar sobre dicha información.
c) Kinestésico: Las personas kinestésicas procesan la información
asociándola a sus sensaciones y movimientos.
El determinar el estilo de aprendizaje de una persona se realiza mediante tests, los cuales definen preguntas asociadas a los hábitos de un individuo; mediante
las respuestas es posible determinar el estilo de aprendizaje que predomina en
una persona.
En el sistema se hará uso del test nombrado Inventario sobre Estilos de
Aprendizaje, mismo que está basado en los estilos de aprendizaje VAK. Su autor
es Ralph Metts, quién publicó el test en 1987 [46].
Dicho test está constituido por 24 preguntas; cada pregunta tiene asociadas cinco
respuestas, mismas que corresponden a un determinado puntaje, como se
muestra en la Tabla 9.
Respuesta Puntaje
Nunca 1
Raramente 2
Ocasionalmente 3
Usualmente 4
Siempre 5
Tabla 9 Respuestas para el Inventario sobre Estilos de Aprendizaje [46]
41
Cada pregunta en el test está vinculada a un estilo de aprendizaje, de tal manera que para definir el estilo de aprendizaje de una persona, se suman los puntajes
obtenidos por cada grupo de preguntas. El puntaje mayor determina el estilo de aprendizaje predominante [46].
En la Tabla 10 se presentan los 24 reactivos del test y el estilo de aprendizaje al que corresponde cada uno.
Pregunta Estilo de aprendizaje
1 Me ayuda trazar o escribir a mano las palabras cuando tengo que aprenderlas de memoria
Visual
2 Recuerdo mejor un tema al escuchar una conferencia en vez de leer un libro de texto
Auditivo
3 Prefiero las clases que requieren una prueba sobre lo que se lee en el libro de texto
Visual
4 Me gusta comer bocados y mascar chicle cuando estudio Kinestésico
5 Al prestar atención a una conferencia, puedo recordar las ideas principales sin anotarlas
Auditivo
6 Prefiero las instrucciones escritas sobre las orales Visual
7 Resuelvo bien los rompecabezas y los laberintos Kinestésico
8 Prefiero las clases que requieran una prueba sobre lo que se presenta durante una conferencia
Kinestésico
9 Me ayuda ver diapositivas y vídeos para comprender un tema Visual
10 Recuerdo más cuando leo un libro que cuando escucho una conferencia
Visual
11 Por lo general, tengo que escribir los números del teléfono para recordarlos bien
Visual
12 Prefiero recibir las noticias escuchando la radio en vez de leerlas en un periódico
Auditivo
13 Me gusta tener algo como un bolígrafo o un lápiz en la mano, cuando estudio
Kinestésico
14 Necesito copiar los ejemplos de la pizarra del maestro para examinarlos más tarde
Visual
15 Prefiero las instrucciones orales del maestro a aquellas escritas en un examen o en la pizarra
Auditivo
16 Prefiero que un libro de texto tenga diagramas gráficos y cuadros porque me ayudan mejor a entender el material
Visual
17 Me gusta escuchar música al estudiar una obra, novela, etc. Auditivo
18 Tengo que apuntar listas de cosas que quiero hacer para recordarlas
Kinestésico
19 Puedo corregir mi tarea examinándola y encontrando la mayoría de los errores
Kinestésico
20 Prefiero leer el periódico en vez de escuchar las noticias Visual
21 Puedo recordar los números de teléfono cuando los oigo Auditivo
22 Gozo el trabajo que me exige usar la mano o herramientas Kinestésico
23 Cuando escribo algo, necesito leerlo en voz alta para oír cómo suena
Auditivo
42
24 Puedo recordar mejor las cosas cuando puedo moverme mientras estoy aprendiéndolas; por ejemplo, caminar al estudiar o participar en una actividad que me permita moverme, etc.
Kinestésico
Tabla 10 Test Inventario sobre Estilo de Aprendizaje del autor Ralph Metts S. J. [46]
10. DISEÑO
En el diseño del sistema se ha definido la arquitectura específica de éste, los
algoritmos y diagramas de flujo que permitirán continuar con el desarrollo, así como el
diseño de la base de datos que será realizado. A continuación se presenta cada
componente y su respectivo diseño.
10.1. Arquitectura del sistema
El sistema propuesto está orientado en ser una herramienta para el proceso de enseñanza-aprendizaje individualizado de álgebra en la educación media superior, que esté disponible a través de una aplicación web para la interacción con profesores
y alumnos, y la cual, estará basada en la arquitectura cliente-servidor, en donde los usuarios necesitarán un dispositivo con acceso a Internet para ingresar a la aplicación
web. Dicha comunicación se describe de la siguiente manera:
a) Clientes: serán los usuarios del sistema, alumnos y profesores, que, mediante
un dispositivo móvil con acceso a Internet, realizarán peticiones al servidor para el acceso al sistema y la interacción con éste.
b) Servidor: será el que reciba y dé respuesta a las peticiones de los clientes
cuando éstos soliciten acceso al sitio web.
En la Figura 12 se observa el diagrama de la arquitectura del sistema, en donde el
administrador, los profesores y alumnos solicitan acceso a éste. A través de Internet, el servidor recibe las peticiones de los clientes y responde a éstas de la misma manera
[47].
Administrador
Alumnos
Internet
Servidor
Profesores
Figura 12 Arquitectura general del sistema
43
El servidor que se ilustra en la Figura 12 representa al servidor web Apache que se utilizará para el desarrollo del sistema. El servidor web, al atender las peticiones de
los clientes, permitirá que éstos interactúen con la presentación del sitio web, la base de datos y la lógica del sistema, mismos que estarán almacenados y configurados en
el mismo equipo que el servidor web.
10.2. Estructura general del sistema
La estructura general del proyecto está definida con base en la propuesta de solución, la cual se especifica en el escenario del proceso enseñanza-aprendizaje, en
donde los profesores aportan asesoría y contenidos didácticos a los alumnos para que éstos adquieran nuevos conocimientos. En este proceso, las evaluaciones son
incluidas para comparar entre lo que el alumno aprende y lo que necesita aprender, obteniendo una calificación como resultado, misma que describe el dominio de
conocimiento del estudiante en uno o varios temas. Este escenario se describe en la
Figura 13.
El desarrollo del proyecto está orientado en establecer una etapa de retroalimentación a través de la definición de planes individualizados de enseñanza. Después de que un
alumno sea evaluado podrá definirse si éste ha adquirido los conocimientos necesarios o si necesita revisar algún tema nuevamente. Los planes individualizados estarán
conformados por contenidos de aprendizaje que serán proporcionados por los docentes; el planificador propondrá a los alumnos determinados contenidos de aprendizaje con
base en sus conocimientos previos y su estilo de aprendizaje. La descripción anterior se ilustra en la Figura 14.
Considerando dicho esquema, se definen determinados componentes para el desarrollo
del sistema, en donde cada uno estará enfocado en cumplir funciones específicas,
orientadas en cubrir la base de datos, el funcionamiento lógico del proyecto y la presentación del sistema. Los componentes que se consideran son:
a) Modelo de conocimiento: estará conformado por contenidos de aprendizaje para la enseñanza de álgebra.
b) Planificador: establecerá planes individualizados de enseñanza, basado en los
saberes del alumno y su estilo de aprendizaje.
c) Gestor de funciones: definirá el funcionamiento lógico general del sistema.
Alumnos
2 Aprendizaje
Profesores
1 Enseñanza
3 Evaluación
4 Calificación
Figura 13 Proceso de Enseñanza-Aprendizaje
44
d) Base de datos: almacenará la información de los usuarios y los contenidos de aprendizaje.
10.2.1. Modelo de conocimiento
El modelo de conocimiento estará conformado por diferentes contenidos
de aprendizaje, mismos que serán proporcionados por los docentes y que estarán
asociados a algún tema de álgebra del Bachillerato General, el cual se indica en el
análisis del proyecto. El modelo de conocimiento será el componente del que se obtengan los contenidos didácticos para definir planes individualizados.
Cada contenido de aprendizaje estará definido por una estructura, en donde se
consideran los siguientes elementos:
a) El tema al que está dirigido.
b) Los conocimientos previos que un alumno debe tener para
aprender el tema de ese contenido.
c) Los elementos didácticos que lo conforman.
d) El estilo de aprendizaje al que está dirigido.
Cada inciso enlistado permitirá a los profesores definir contenidos de aprendizaje
completos, y al planificador, obtener la información necesaria para la elaboración
de planes de enseñanza individualizados. A continuación se detalla cada elemento.
Tema
Un contenido de aprendizaje estará asociado a un tema determinado,
considerando que el método de enseñanza que es utilizado actualmente [41],
Planes
individualizados
Alumnos Profesores
Contenidos de
aprendizaje
Planificación
Sistema
Evaluación
Figura 14 Esquema general de la propuesta de solución
45
define una secuencia ordenada de temas para el aprendizaje de los alumnos. En la Figura 15 se presenta, gráficamente, un fragmento esta secuencia.
Figura 15 Secuencia de temas de álgebra, basado en el temario del Bachillerato General [41]
Conocimientos previos
Un conocimiento previo determinará los temas que un alumno necesitará
conocer para aprender un tema nuevo. Para definir los conocimientos previos, se considera el temario de álgebra del Bachillerato General, en el que, como se ilustra
en la Figura 15, cada tema está asociado a un tema anterior inmediato y a un tema
posterior inmediato. Este vínculo permitirá identificar qué tema necesita un alumno para aprender uno nuevo; sin embargo, los conocimientos de un alumno
no sólo están asociados a un tema, sino a una calificación también, misma que
permite reconocer el desempeño de un alumno con respecto a los objetivos de
aprendizaje que, se espera, éste obtenga [48].
En los contenidos de aprendizaje se considera que los alumnos de un grupo aprenden la misma secuencia de temas; sin embargo, obtienen distintas
calificaciones, ponderadas en el actual sistema educativo, del cero al diez. De esta manera, se establece que varios contenidos podrán estar asociados al mismo tema;
sin embargo, orientados a distintos dominios de aprendizaje. En el modelo de
conocimiento, estos dominios se identificarán en tres niveles: bajo, medio y alto,
en donde cada uno agrupará dos o más calificaciones, como se ilustra en la Tabla 11.
Niveles Bajo Medio Alto
Calificaciones 0 – 6 7, 8 9, 10
Tabla 11 Relación entre niveles de dominio y calificaciones
La relación propuesta entre niveles de dominio y calificaciones se establece para
la definición de un modelo de conocimiento completo, pero que no sea complicado para los docentes, quiénes serán los que aporten los contenidos de
aprendizaje y especifiquen el tema y el nivel al que pertenece cada uno. Si un contenido estuviera asociado a una calificación y no a un nivel, los profesores
tendrían que valorar si un contenido es apropiado para alumnos con una calificación específica, considerando que hay diez ponderaciones.
VariablesExpresiones algebraicas
Sucesiones y series
46
Identificar un contenido de aprendizaje con un nivel de dominio, permitirá que los alumnos, para aprender un nuevo tema, revisen un contenido de aprendizaje
que sea acorde con lo que saben. Esta descripción se ilustra en la Figura 16.
Considerando que los profesores no incluyan contenidos de aprendizaje para cada nivel de dominio, se define que los alumnos pueden revisar contenidos con
un nivel menor al suyo, pero no superior; los estudiantes que tienen un nivel alto, pueden comprender un contenido dedicado a un nivel bajo o medio; sin embargo,
los alumnos con un nivel bajo no han demostrado tener el dominio necesario para
revisar un contenido de un mayor nivel.
Elementos didácticos
Cada contenido de aprendizaje estará conformado por elementos que
permitan a los alumnos aprender un tema. Los elementos que se proponen son:
a) Una base teórica que explique el tema y los conceptos asociados a éste.
b) Ejemplos que permitan al alumno entender la aplicación del tema.
c) Ejercicios que el alumno resuelva para aplicar lo aprendido.
d) Una evaluación para comparar lo aprendido respecto a los objetivos de
aprendizaje.
Los elementos propuestos están basados en la Taxonomía de Bloom [10], misma que describe el proceso de aprendizaje en seis etapas distintas:
a) Recordar: se refiere a recordar información previamente adquirida.
b) Entender: se presenta cuando se encuentran relaciones entre conceptos y se
interpreta lo aprendido.
c) Aplicar: indica que el alumno selecciona y utiliza datos para la resolución de problemas.
d) Analizar: implica que el estudiante distinga y clasifique información,
formulando preguntas y planteando hipótesis.
e) Evaluar: se refiere a emitir juicios sobre la base de criterios preestablecidos.
Expresiones algebraicas
Contenidos de
Nivel bajo
Contenidos de
Nivel medio
Contenidos de
Nivel alto
Figura 16 Contenidos de distintos niveles asociados a un tema
47
f) Crear: define que el alumno integra ideas y propone alternativas para crear algo nuevo.
Los elementos didácticos que se proponen están orientados a cubrir las primeras
tres etapas de la Taxonomía de Bloom, tomando en cuenta que los recursos que
aporta un contenido de aprendizaje no considera el desarrollo de competencias y las especificaciones generales que el método educativo [43] contempla para abarcar el proceso de aprendizaje, establecido en la Taxonomía de Bloom.
La evaluación que se incluirá en los contenidos didácticos no es parte del proceso de aprendizaje; sin embargo, permitirá determinar el dominio de conocimiento
adquirido por los alumnos. La Figura 17 ilustra la composición didáctica de cada
contenido.
Figura 17 Proceso de aprendizaje en el modelo de conocimiento
Estilo de aprendizaje
El estilo de aprendizaje es el último elemento que se considera en el modelo de conocimiento, y éste se refiere a las características que le permiten a una persona
aprender con mayor facilidad [49]. Los estilos de aprendizaje se dividen en tres
grupos:
a) Visual: indica que una persona tiende a pensar en imágenes y a
relacionarlas con ideas y conceptos.
b) Auditivo: establece que las personas recuerdan, con mayor facilidad, las explicaciones orales.
c) Kinestésico: asocia el aprendizaje a sensaciones y movimientos.
Un contenido didáctico puede asociarse a un estilo de aprendizaje mediante la base teórica del contenido, pues, los ejemplos y ejercicios se presentan como
herramientas generales; sin embargo, el modelo de conocimiento contempla que
cada contenido pueda tener ejemplos y ejercicios distintos, a pesar de que los
contenidos compartan el mismo estilo de aprendizaje, pues propicia mayor disponibilidad de herramientas didácticas para los alumnos.
Para considerar los estilos de aprendizaje en el modelo de conocimiento es
necesario contemplar que hay contenidos didácticos asociados a uno o más estilos de aprendizaje [49], por lo que los profesores podrán asociar un contenido
didáctico a más de un estilo de aprendizaje, si así lo consideran necesario. De tal
manera, se consideran siete posibles casos, mismos que se muestran en la Tabla 12.
Base teórica:
Recordar, Entender
Ejemplos:
Entender
Ejercicios:
Aplicar
Evaluación:
Aprendizaje obtenido
48
Cada contenido estará asociado a un valor numérico del uno al siete, que describa los estilos de aprendizaje que lo definen.
Caso / Estilo de
aprendizaje
1 2 3 4 5 6 7
Visual X X X X
Auditivo X X X X
Kinestésico X X X X
Tabla 12 Estilos de aprendizaje que pueden identificar a un contenido didáctico
A continuación se ejemplifica un contenido de aprendizaje asociado a un tema de
álgebra en el Bachillerato General.
Tema: Expresiones algebraicas.
Conocimientos previos: Variables – Nivel medio.
Estilo de aprendizaje: Visual.
Base teórica [50].
Expresiones algebraicas
Una expresión algebraica no es más que un conjunto de variables, números y operaciones entre ellos. Algunas son muy poco interesantes y otras son
complicadísimas.
Para construir una expresión algebraica con base en una situación real, se consideran
dos puntos. Para explicar cada punto se presenta un caso supuesto en el que se requiere conocer cuánto ganará un cine por una película, dependiendo del costo de
cada boleto y el número de clientes que asistan a ver la película, y considerando el costo total de proyectar el filme:
En primer lugar, deben asignarse variables a lo que se está cuantificando. Suele ser
recomendable usar letras que ayuden, al leer la expresión, a recordar qué cosa representa cada una. Por ejemplo, para este caso, representar con C el costo que
implica hacer una proyección en el cine; con p, el precio de cada boleto y con n el
número de clientes que asisten a ver la película.
En segundo lugar, debe escribirse el cálculo que se desea realizar, utilizando las
variables que fueron escogidas. En este caso, la expresión indica cuánto beneficio
neto obtiene el propietario del cine, con lo que será lo que pagan los espectadores
menos lo que le cuesta la proyección: 𝑛𝑝 − 𝐶.
Esta expresión indica, por tanto, cuánto ganará cualquier cine sea cual sea el precio de la entrada y el número de espectadores. Es posible, además, asignar una variable al resultado de la expresión para poder emplearla en otros lugares; en este caso, es
posible elegir B como el beneficio del cine, de modo que se escribirá 𝐵 = 𝑛𝑝 − 𝐶.
49
Finalmente, si se dan valores a las variables es posible evaluar la expresión en un
caso concreto y analizar el resultado. Por ejemplo, si proyectar la película cuesta
$50 000, asisten 68 espectadores y cada entrada cuesta $80, basta con asignar
𝐶 = 50 000, 𝑛 = 68 y 𝑝 = 80 y resolver la expresión 𝐵 = (68 ∗ 80) − 50 000,
donde 𝐵 = −44560. ¿Qué quiere decir esto en términos del mundo real? Que el
propietario ha perdido $44 560 en la proyección, porque el costo de la película es mayor que lo que pagan los espectadores.
Ejemplos [50].
1. Sea x un número cualquiera, escribir las siguientes expresiones mediante expresiones algebraicas de una variable.
Expresión escrita Expresión algebraica
La suma de tres números consecutivos es 20
𝑥 + (𝑥 + 1) + (𝑥 + 2) = 20
La suma de dos números impares consecutivos es 18
(2𝑥 + 1) + (2𝑥 + 3) = 18
La suma de dos números pares consecutivos es 26
(2𝑥) + (2𝑥 + 2) = 26
Un número más su séptima parte es 18
𝑥 + 𝑥
7= 18
Ejercicios [50].
1. Evaluar las siguientes expresiones algebraicas:
a) Evaluar 24 − 𝑥, cuando 𝑥 = 3.
b) Evaluar 𝑥 ∗ 𝑦, cuando 𝑥 = 2 y 𝑦 = 14.
c) Evaluar 4𝑥 − 4, cuando 𝑥 = 10.
2. Juan tarda 6 días en hacer una obra. Paco es capaz de acabarla en 3 días. ¿En cuánto tiempo pueden hacer la obra trabajando juntos?
Evaluación [51].
1. ¿Cuál expresión algebraica describe la siguiente frase “diferencia del doble del cubo de x y del cuadrado de x”?
2. ¿Cuál expresión algebraica describe la siguiente frase “cuatro veces el cubo de la suma de un número y el dos”?
3. ¿Cuál es la expresión algebraica que describe la frase “La raíz cuadrada de la raíz cúbica de la diferencia de dos números cualesquiera es igual a la raíz cuarta de la suma de dichos números más la semisuma de dichos números”?
4. ¿Cuál expresión algebraica describe la siguiente frase “El triple de un número elevado al cuadrado más el doble del otro al cubo, menos cinco unidades”.
5. Javier compró 3 cuadernos de raya por los que pagó $55. Ana compró 5 cuadernos de raya por los que pagó $85. ¿Cuál es el precio de cada cuaderno?
50
10.2.2. Planificador
El planificador será el componente del sistema que permita definir planes
individualizados de aprendizaje para los alumnos.
El concepto de planificación permite transformar un estado inicial en un estado
final, mediante acciones que puedan aplicarse sobre el estado inicial [11], como se
observa en la Figura 18. El conjunto de las acciones que son aplicadas sobre el
estado inicial para obtener el estado final, es el plan.
El esquema presentado en la Figura 18, orientado a la definición de planes individualizados de enseñanza, se describe de la siguiente manera:
a) Estado inicial: los conocimientos previos y el estilo de aprendizaje del
alumno.
b) Acciones: los contenidos de aprendizaje que el planificador propondrá para
el alumno, con base en sus conocimientos previos y estilo de aprendizaje.
c) Estado final: los conocimientos objetivos de aprendizaje.
Para que una acción pueda ser aplicada sobre un estado deben cumplirse determinados requisitos, y cuando ésta es aplicada, las condiciones que,
inicialmente, describen al estado, cambiarán, porque al aplicar acciones sobre una
situación, se está buscando una transformación; es decir, al aplicar acciones sobre un
estado inicial para alcanzar un estado final, se generan estados intermedios que son resultado de las acciones que se eligen [11]. Lo anterior, en el concepto de
planificación, se describe en elementos de requisitos, adicionar y borrar; dicha estructura, en la definición de planes individualizados, se presenta de la siguiente
manera:
a) Requisitos: serán los conocimientos y el estilo de aprendizaje que un alumno
deberá tener para que un contenido de aprendizaje pueda establecerse en el
plan individualizado.
b) Adicionar: cuando un contenido sea propuesto en el plan individualizado, el
tema y el nivel correspondiente a ese contenido serán adicionados a los
conocimientos previos del alumno.
c) Borrar: cuando un contenido sea establecido en el plan individualizado y el
tema correspondiente a ese contenido ya esté evaluado, la calificación original
del alumno será sustituida por la correspondiente al nivel del contenido de aprendizaje.
En el ejemplo que se ilustra en la Figura 19, se contempla un estado intermedio que es generado a partir del contenido de aprendizaje que es definido en el plan
Estado inicial Acciones Estado final
Figura 18 Composición general de un planificador
51
individualizado. El estado intermedio coincide con el estado final, concluyendo el plan.
Tomando como referencia el ejemplo de la Figura 19 pueden describirse las
situaciones correspondientes al estado inicial, acciones, estados intermedios y al estado final, que van definir el algoritmo del planificador, mismas que se describen a continuación:
a) Estado inicial: lo describirán los temas que ha aprendido el alumno y las
calificaciones obtenidas, así como el estilo de aprendizaje. El estilo de
aprendizaje no cambiará de valor en los estados intermedios ni el estado final, será una referencia para definir los contenidos de aprendizaje que el
estudiante podrá revisar. El planificador identificará el conocimiento del alumno, asociado al tema de mayor secuencia, para definir los contenidos del plan individualizado, pues será, ése, el tema más próximo al tema objetivo.
b) Acciones: serán los contenidos de aprendizaje que el alumno podrá revisar para adquirir un nuevo conocimiento. La definición de qué contenidos
formarán el plan, estará basada en el estado inicial y el estado final que debe resultar.
c) Estados intermedios: serán el resultado de establecer una acción en el plan,
adicionando valores al estado anterior o borrándolos. Al aplicar una acción no, necesariamente, deberán haber valores que eliminar. En el caso del
ejemplo de la Figura 19, el contenido de aprendizaje del plan, no enseña Variables, por lo que ese conocimiento se mantiene estático; sin embargo, si el contenido hubiera sido de nivel alto y no hubiera otro contenido que fuera
acorde a la calificación del alumno (ocho), el plan incluiría un contenido
didáctico para aprender Variables e incrementar la calificación del estudiante,
permitiendo que éste cumpliera con los requisitos necesarios para revisar el
Conocimientos:
Variables, 8
Estilo de
aprendizaje:
Visual
Tema:
Expresiones
algebraicas
Conocimientos
previos:
Variables
Nivel: Medio
Estilo de
aprendizaje:
Visual,
Auditivo
Conocimientos:
Variables, 8;
Expresiones
algebraicas, 8
Conocimientos:
Expresiones
algebraicas, 8
Estado inicial Acción Estado intermedio Estado final Figura 19 Proceso entre un estado inicial y un estado final
52
contenido de Expresiones algebraicas; es decir, cuando un conocimiento ya exista en el estado del alumno, pero la calificación correspondiente no
permita tomar un contenido para aprender un nuevo tema, se propondrá que el alumno revise un contenido para ese tema, incrementando su nivel de
conocimiento.
Los estados intermedios estarán definidos en el algoritmo de planificación; es decir, no modificarán los valores reales de los conocimientos del estudiante,
pues la única manera de saber los conocimientos que el alumno ha adquirido es mediante la evaluación. Mientras que los contenidos que el planificador
vaya estableciendo no incluyan evaluaciones, éste continuará agregando contenidos didácticos al plan, basándose en que el alumno mantiene, en cada
estado intermedio, la misma calificación del estado inicial, excepto si un tema se revisa nuevamente; en esa situación, se considerará que el alumno adquiere
un conocimiento de alto nivel, con el propósito de que éste cumpla con los
requisitos necesarios para revisar un contenido de un tema posterior.
d) Estado final: será el objetivo de aprendizaje que defina el docente, establecido
por un tema y una calificación mínima que el alumno deberá obtener; si en el plan del alumno hay contenidos que incluyan una evaluación, el objetivo de
aprendizaje será el tema de ese contenido, pues esa evaluación determinará los conocimientos que el alumno ha logrado hasta ese momento. El Gestor
de funciones del sistema será el que determine en qué momento se ocupa el
planificador; de tal manera, sabrá si después de una evaluación el alumno no
ha logrado el objetivo de aprendizaje y utilizará nuevamente al planificador. El planificador considerará que si define un nuevo plan para un tema con el
que el alumno ya haya sido evaluado, sin haber logrado el objetivo de
aprendizaje, no deberá incluir contenidos que ya han sido utilizados en planes
anteriores, a menos que no haya otros disponibles, propiciando el aprendizaje con el uso de herramientas variadas.
La descripción anterior define el funcionamiento general del planificador, mismo
que se basa en las características que se observan en la Figura 20, y que se detalla en el algoritmo y el diagrama de flujo correspondientes.
Tema
Calificación
Estilo de aprendizaje
Planes distintos
Evaluación
Figura 20 Elementos considerados por el planificador
53
Algoritmo del Planificador
Inicio.
1. Identificar el tema y calificación del último conocimiento del alumno. 2. Identificar el estilo de aprendizaje del alumno. 3. Identificar el tema objetivo. 4. Indicar que el plan, inicialmente, no incluye temas de repaso. 5. Indicar que el plan, inicialmente, no está terminado. 6. Mientras el tema superior del alumno sea menor a la numeración del tema objetivo
y el plan no esté terminado: 7. Ejecutar función Buscar Contenidos. 8. Fin Mientras.
Función Buscar Contenidos: 1. Seleccionar los contenidos con el tema posterior al tema superior que conoce el
alumno. 2. Si hay contenidos disponibles con ese tema: 3. Ejecutar función Buscar Nivel. 4. Si no: 5. Terminar plan. 6. Fin Si.
Fin Función.
Función Buscar Nivel: 1. Identificar el nivel de dominio al que corresponde la calificación del alumno. 2. Elegir, de los contenidos ya seleccionados, los contenidos con un nivel
correspondiente a la calificación del estudiante. 3. Si hay contenidos con el mismo nivel al del estudiante: 4. Ejecutar función Buscar Estilo de Aprendizaje. 5. Si no: 6. Se reduce una unidad el nivel asociado al conocimiento del alumno. 7. Si el nivel es mayor o igual a 1: 8. Se reduce dos unidades la calificación asociada al conocimiento del alumno. 9. Ejecutar función Buscar Nivel. 10. Si no: 11. Definir que el tema superior del alumno es un tema anterior inmediato. 12. Definir que la calificación del alumno es 9. 13. Definir que el plan incluye temas de repaso. 14. Ejecutar función Buscar Contenidos. 15. Fin Si. 16. Fin Si.
Fin Función.
Función Buscar Estilo de Aprendizaje: 1. Representar en base binaria el estilo de aprendizaje del alumno. 2. Mientras un primer contador, inicializado en 1, sea menor o igual a 7: 3. Convertir el contador a base binaria. 4. Mientras un segundo contador, inicializado en 0, sea menor o igual a 2: 5. Si el bit, con la posición igual al segundo contador, del primer contador es
igual a 1 y el bit, en esa posición, del estilo de aprendizaje del alumno es igual a 1:
54
6. Asociar el primer contador como un estilo de aprendizaje correspondiente al del alumno.
7. Interrumpir Mientras anidado. 8. Fin Si. 9. Fin Mientras. 10. Fin Mientras. 11. Si hay contenidos que estén asociados al mismo estilo de aprendizaje del
alumno: 12. Elegir, de los contenidos ya seleccionados, los contenidos con un estilo de
aprendizaje igual a cualquiera que esté asociado con el del alumno. 13. Fin Si. 14. Si hay contenidos que no hayan sido utilizados en planes anteriores del alumno: 15. Elegir, de los contenidos ya seleccionados, los contenidos que no sean los
mismos a los utilizados en planes anteriores del alumno. 16. Fin Si. 17. Si hay contenidos con una evaluación: 18. Elegir, de los contenidos ya seleccionados, los contenidos que incluyan una
evaluación. 19. Fin Si. 20. Ejecutar función Elegir Contenido.
Fin Función.
Función Elegir Contenido: 1. Seleccionar el contenido más reciente. 2. Adicionar el contenido al plan individualizado. 3. Si el contenido no incluye una evaluación: 4. Si el plan no incluye un tema de repaso: 5. Adicionar el tema del contenido al conocimiento del alumno, con la misma
calificación que el alumno obtuvo en el último tema evaluado. 6. Fin Si. 7. Si el plan sí incluye un tema de repaso: 8. Adicionar el tema del contenido al conocimiento del alumno, con la última
calificación definida en el algoritmo. 9. Indicar que la calificación del alumno es la misma que obtuvo en el último
tema evaluado. 10. Eliminar el conocimiento previo del alumno. 11. Fin Si. 12. Indicar que no hay temas de repaso. 13. Fin Si. 14. Si el contenido incluye una evaluación: 15. Guardar el plan. 16. Termina el plan. 17. Fin Si.
Fin Función.
Fin.
55
Diagrama de flujo del Planificador
Diagrama de flujo Principal
56
Diagrama de flujo Función buscar_contenidos()
57
Diagrama de flujo Función buscar_nivel()
58
59
Diagrama de flujo Función buscar_estilo()
60
61
Diagrama de flujo Función elegir_contenido()
62
10.2.3. Gestor de funciones
Además del planificador, el sistema permitirá la realización de
determinadas actividades, requeridas por las sesiones de administrador, docente y
alumno. Dichas tareas podrán llevarse a cabo mediante un gestor de funciones, el
cual corresponde al conjunto de funciones lógicas que engloban la interacción de los usuarios, desde su inicio de sesión hasta el cierre de ésta. Dichas actividades
serán categorizadas como:
a) Generales.
b) Administrador.
c) Docente.
d) Alumno.
Los algoritmos y diagramas de flujo que se presentan a continuación, fueron
realizados con base en los requerimientos funcionales del sistema, así como en los modelos UML presentados en el análisis del proyecto.
Funciones Generales
Algoritmo de Registro de Usuarios e Inicio de Sesión
Inicio.
1. Si el usuario elige iniciar sesión: 2. Ingresar correo electrónico. 3. Ingresar contraseña. 4. Elegir tipo de perfil. 5. Si todos los datos han sido ingresados: 6. Buscar correo electrónico y contraseña en las cuentas registradas con el tipo de
perfil seleccionado. 7. Si los datos son correctos: 8. Mostrar la página principal del usuario. 9. Si no: 10. Indicar que los datos ingresados son incorrectos. 11. Fin Si. 12. Si no: 13. Indicar que hay campos vacíos. 14. Fin Si. 15. Si el usuario elige crear una cuenta: 16. Ingresar nombre. 17. Ingresar correo electrónico. 18. Ingresar contraseña dos veces. 19. Si las contraseñan coinciden: 20. Seleccionar grupo. 21. Seleccionar tipo de perfil. 22. Ingresar clave. 23. Buscar la clave en el grupo seleccionado. 24. Si la clave es correcta: 25. Si el perfil es de profesor:
63
26. Si el grupo ya ha sido validado: 27. Indicar que la cuenta no se puede crear porque el grupo ya ha sido
validado. 28. Si no: 29. Validar el grupo. 30. Guardar la cuenta del docente. 31. Fin Si. 32. Si no: 33. Si el grupo ya ha sido validado y el total de alumnos registrados en el grupo
es menor al número de alumnos permitidos: 34. Buscar el correo electrónico ingresado en las cuentas de los alumnos. 35. Si el correo electrónico coincide con alguno ya registrado: 36. Indicar que la cuenta no puede ser creada, porque ya existe un correo
electrónico igual. 37. Si no: 38. Guardar la cuenta del alumno. 39. Fin Si. 40. Si no: 41. Indicar que la cuenta no se puede crear porque el grupo no ha sido
validado o ya se han registrado todos los alumnos. 42. Fin Si. 43. Fin Si. 44. Si no: 45. Indicar que la clave es incorrecta. 46. Fin Si. 47. Si no: 48. Indicar que las contraseñas no coinciden. 49. Fin Si. 50. Fin Si.
Fin.
64
Diagrama de flujo Registro de Usuarios e Inicio de Sesión
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66
67
Funciones de Administrador
Algoritmo de Registro, actualización o eliminación de un grupo
Inicio.
1. Ingresar grupo. 2. Indicar qué tipo de actividad se realizará. 3. Si se registrará un nuevo grupo: 4. Ingresar escuela, asignatura y cantidad de alumnos. 5. Si todos los datos se ingresaron: 6. Comparar los datos ingresados con los datos de los grupos ya existentes. 7. Si los datos están duplicados: 8. Indicar que el grupo ya existe. 9. Si no: 10. Generar clave aleatoria de seis dígitos. 11. Guardar nuevo grupo como no validado. 12. Fin Si. 13. Si no: 14. Indicar que los datos están incompletos. 15. Fin Si. 16. Si se actualizará un grupo: 17. Modificar los datos requeridos, excepto clave. 18. Si hay campos vacíos: 19. Indicar que hay campos vacíos. 20. Si no: 21. Guardar modificaciones del grupo. 22. Fin Si. 23. Si se eliminará un grupo: 24. Indicar que se eliminará toda la información asociada al grupo. 25. Si se confirma la eliminación: 26. Eliminar grupo y toda la información asociada a éste. 27. Fin Si. 28. Fin Si.
Fin.
68
Diagrama de flujo Registro, actualización o eliminación de un grupo
69
Algoritmo de Actualización de temario
Inicio
1. Ingresar tema. 2. Si el tema se agregará: 3. Comparar con los temas ya existentes. 4. Si el tema se repite: 5. Indicar que el tema ya existe. 6. Si no: 7. Indicar tema anterior. 8. Guardar nuevo tema. 9. Fin Si. 10. Si el tema se modificará: 11. Comparar el nuevo nombre con los ya existentes. 12. Si el nombre se repite: 13. Indicar que el nombre ya existe.
70
14. Si no: 15. Actualizar todos los datos asociados al tema modificado. 16. Guardar nuevo nombre de tema. 17. Fin Si. 18. Fin Si.
Fin
Diagrama de flujo Actualización de temario
71
Funciones de Profesor
Algoritmo de Registro y actualización de contenidos de aprendizaje
Inicio.
1. Ingresar tema. 2. Si se agregará un contenido: 3. Ingresar nivel y estilo de aprendizaje. 4. Si los datos han sido ingresados: 5. Ingresar base teórica, ejemplos, ejercicios y evaluación. 6. Si se agregó únicamente la evaluación: 7. Indicar que el contenido no puede agregarse si sólo se ha añadido la
evaluación. 8. Si no: 9. Buscar los contenidos con el mismo tema, nivel y estilo de aprendizaje. 10. Si hay contenidos con las mismas características: 11. Para cada contenido con las mismas características: 12. Si al contenido iterado le faltan los mismos elementos didácticos que
se establecieron para el nuevo contenido: 13. Indicar al docente que los contenidos unificarán. 14. Agregar los nuevos elementos didácticos al contenido ya existente. 15. Guardar los cambios realizados. 16. Interrumpir Para. 17. Si no: 18. Si es el último contenido iterado: 19. Si la iteración es igual o mayor a 3: 20. Indicar al docente que ya hay 3 o más contenidos con las
mismas características. 21. Si el docente decide continuar: 22. Guardar nuevo contenido de aprendizaje. 23. Fin Si. 24. Si no: 25. Guardar nuevo contenido de aprendizaje. 26. Fin Si. 27. Fin Si. 28. Fin Si. 29. Fin Para. 30. Si no: 31. Guardar nuevo contenido de aprendizaje. 32. Fin Si. 33. Si el contenido agregado incluye una evaluación: 34. Ejecutar función Agregar preguntas de examen. 35. Fin Si. 36. Fin Si. 37. Si no: 38. Indicar que no puede añadirse el contenido si no se ingresan esos datos. 39. Fin Si. 40. Si se actualizará el contenido: 41. Actualizar la base teórica, los ejemplos, los ejercicios o la evaluación. 42. Si se añadirá una evaluación:
72
43. Ejecutar función Agregar preguntas de examen. 44. Fin Si. 45. Guardar modificaciones en el contenido. 46. Fin Si.
Función Agregar preguntas de examen: 1. Ingresar el total de preguntas del examen. 2. Para cada pregunta del examen: 3. Indicar el inciso de la respuesta. 4. Fin Para. 5. Si todas las preguntas han sido asociadas a una respuesta: 6. Guardar preguntas y respuestas del examen. 7. Si no: 8. Indicar que todas las preguntas y respuestas deberán ser ingresadas. 9. Fin Si.
Fin Función
Fin.
73
Diagrama de flujo Registro y actualización de contenidos de aprendizaje
74
75
76
Diagrama de flujo Función preguntas_examen()
Algoritmo de Actualización de información de los alumnos
Inicio.
1. Ingresar nombre o correo electrónico de alumno o seleccionar todos los alumnos. 2. Ingresar nombre de tema o seleccionar todos los temas. 3. Mostrar nombre de cada alumno seleccionado, los temas elegidos y las
respectivas calificaciones en cada uno, así como los temas objetivos que aún no tienen calificación y el número máximo de planes individualizados permitidos por tema y por alumno. Mostrar la opción eliminar datos del alumno.
4. Si el docente modifica las calificaciones o el número máximo de planes individualizados permitidos:
5. Guardar los cambios realizados. 6. Fin Si. 7. Si el docente elige la opción de eliminar datos del alumno:
77
8. Mostrar al docente que se eliminarán todos los datos del estudiante. 9. Si el docente decide continuar: 10. Eliminar los datos del alumno y todos los datos asociados a éste. 11. Fin. 12. Fin Si.
Fin.
Diagrama de flujo Actualización de información de los alumnos
78
Algoritmo de Selección de tema objetivo
Inicio.
1. Ingresar tema, calificación mínima permitida y número máximo de planes individualizados para ese tema.
2. Buscar en el grupo del docente coincidencias con el nuevo tema objetivo. 3. Si ya existe el nuevo tema objetivo: 4. El tema objetivo propuesto ya se ha establecido. 5. Si no: 6. Inicializar variable como verdadera para indicar que continúa la agregación del
tema. 7. Para cada tema objetivo anterior: 8. Si hay uno o más alumnos que no hayan cumplido el objetivo: 9. Indicar que aún hay alumnos con temas objetivos no obtenidos. 10. Si el docente decide cancelar: 11. Modificar el valor de la variable a falso. 12. Fin Si. 13. Interrumpir Para. 14. Fin Si. 15. Fin Para. 16. Si la variable es verdadera: 17. Buscar el tema objetivo anterior inmediato. 18. Para cada tema entre el último tema objetivo anterior inmediato y el nuevo: 19. Buscar contenidos para cada tema. 20. Si no hay contenidos para el tema: 21. Indicar que no hay contenidos disponibles para enseñar el nuevo tema
objetivo y, por lo tanto, no es posible establecerlo. 22. Modificar el valor de la variable a falso. 23. Fin Si. 24. Fin Para. 25. Si la variable es verdadera: 26. Ingresar enlace de la evaluación. 27. Elegir si la evaluación será en línea o no. 28. Si la evaluación será en línea: 29. Ejecutar función Agregar preguntas de examen. 30. Fin Si. 31. Si la evaluación ha sido añadida: 32. Guardar nuevo tema objetivo y su evaluación correspondiente. 33. Fin Si. 34. Fin Si. 35. Fin Si. 36. Fin Si.
Fin.
79
Diagrama de flujo Selección de tema objetivo
80
81
Algoritmo de Actualización de tema objetivo
Inicio.
1. Ingresar tema objetivo. 2. Si se elige añadir evaluación: 3. Ingresar el enlace de la evaluación. 4. Si se ha ingresado el enlace: 5. Guardar evaluación. 6. Indicar si el examen es en línea. 7. Si el examen es en línea: 8. Ejecutar función Agregar preguntas de examen. 9. Fin Si. 10. Fin Si. 11. Fin Si.
Fin.
Diagrama de flujo Actualización de tema objetivo
82
Funciones de Alumno
Algoritmo de Consultar calificaciones
Inicio.
1. Buscar temas y calificaciones asociadas a los conocimientos del alumno. 2. Mostrar los resultados obtenidos.
Fin.
Diagrama de flujo Consultar calificaciones
Algoritmo de Revisar contenidos didácticos
Inicio.
1. Buscar contenidos del último plan individualizado definido. 2. Si hay contenidos disponibles: 3. Mostrar enlaces a los elementos didácticos de cada contenido de aprendizaje. 4. Si no: 5. Indicar que, por el momento, no hay contenidos de aprendizaje disponibles. 6. Fin Si.
Fin.
83
Diagrama de flujo Revisar contenidos didácticos
Algoritmo de Resolver evaluaciones
Inicio
1. Identificar el examen a resolver. 2. Buscar las preguntas asociadas a ese examen. 3. Identificar el total de preguntas del examen. 4. Para cada pregunta: 5. Ingresar el inciso correspondiente a la respuesta elegida. 6. Si es examen: 7. Comparar la respuesta del alumno con la respuesta indicada por el profesor. 8. Si son iguales: 9. Sumar uno al total de respuestas correctas. 10. Fin Si. 11. Fin Si. 12. Fin Para 13. Si es test VAK: 14. Inicializar en 0 los puntajes asociados a los tres estilos de aprendizaje. 15. Para cada respuesta: 16. Sumar al puntaje del estilo de aprendizaje correspondiente, el valor de la
respuesta. 17. Fin Para. 18. Identificar la suma de mayor valor. 19. Si hay más de un resultado con el mismo valor:
84
20. Sumar los números asociados a los estilos de aprendizaje correspondientes y sumar dos.
21. Fin Si. 22. Guardar el estilo de aprendizaje asociado al alumno. 23. Si no: 24. Dividir el total de respuestas correctas entre el total de preguntas y multiplicar
por 10. 25. Almacenar la calificación obtenida. 26. Fin Si.
Fin
Diagrama de flujo Resolver evaluaciones
85
Algoritmo de Obtener planes de aprendizaje individualizados
Inicio
1. Identificar el último tema objetivo definido. 2. Si hay algún tema objetivo: 3. Identificar los conocimientos del alumno. 4. Si el estudiante tiene conocimientos registrados: 5. Si algún conocimiento del estudiante coincide con el tema objetivo: 6. Indicar al alumno que ha cumplido con el último tema objetivo. 7. Si no: 8. Identificar el último plan definido para el alumno. 9. Si hay un plan disponible:
86
10. Identificar si el tema del último contenido asociado al plan es el mismo al último tema objetivo definido por el docente.
11. Si son iguales: 12. Identificar el total de planes del alumno que tienen por tema objetivo
el último definido por el docente. 13. Si el total de planes coincide con el número de evaluaciones realizadas: 14. Si el total de evaluaciones del tema objetivo que el estudiante ha
resuelto es menor al número máximo de planes individualizados permitidos para el alumno:
15. Ejecutar la función del planificador. 16. Si no: 17. Indicar que no es posible definir más planes individualizados para
ese tema. 18. Fin Si. 19. Si no: 20. Identificar las evaluaciones del tema objetivo que no hayan sido
utilizadas por el alumno. 21. Si hay evaluaciones que no ha resuelto el alumno: 22. Indicar al estudiante que deberá resolver la última evaluación de
las que no ha utilizado. 23. Si no: 24. Indicar al alumno que deberá resolver la última evaluación de las
que se han utilizado. 25. Fin si. 26. Fin Si. 27. Si no: 28. Definir si el alumno ya resolvió la evaluación asociada al último plan
definido y si ya resolvió las evaluaciones de los temas objetivos que coincidan con los contenidos del plan.
29. Si ya resolvió la evaluaciones correspondientes: 30. Ejecutar la función de planificador. 31. Si no: 32. Indicar que deberá resolver las evaluaciones correspondientes. 33. Fin Si. 34. Fin Si. 35. Si no: 36. Ejecutar la función de planificador. 37. Fin Si. 38. Fin Si. 39. Si no: 40. Indicar al alumno resolver el primer examen del último tema objetivo. 41. Indicar al alumno resolver el test VAK. 42. Fin Si. 43. Fin Si.
Fin
87
Diagrama de flujo Obtener planes de aprendizaje individualizados
88
89
90
10.2.4. Base de datos
La base de datos que será creada deberá contener la información requerida
para realizar cada actividad descrita por el planificador y el gestor de funciones.
Por tal motivo, a continuación se describe cada tabla que conformará a la base de
datos, considerando el diseño de los componentes del sistema: modelo de conocimiento, planificador y gestor de funciones.
1. Tabla Tema
Será la tabla en donde se almacenará cada tema considerado en el modelo de
conocimiento.
Campo Tipo Nulo
id_tema INT No nulo
nombre VARCHAR No nulo
orden INT No nulo
2. Tabla Test_VAK
Corresponderá a la tabla que almacene los reactivos correspondientes al test VAK
que se utilizará para definir el estilo de aprendizaje de cada alumno.
Campo Tipo Nulo
id_pregunta_vak INT No nulo
pregunta INT No nulo
estilo INT No nulo
3. Tabla Grupo
Esta tabla concentrará los datos asociados a los grupos escolares que utilizarán el sistema.
Campo Tipo Nulo
id_grupo INT No nulo
nombre VARCHAR No nulo
clave INT No nulo
escuela VARCHAR No nulo
asignatura VARCHAR No nulo
cantidad_alumnos INT No nulo
validacion BOOLEAN No nulo
91
4. Tabla Administrador
Contendrá la información correspondiente a las cuentas de los administradores
para que éstos puedan ingresar al sistema desde la aplicación web.
Campo Tipo Nulo
id_administrador INT No nulo
correo VARCHAR No nulo
clave_acceso VARCHAR No nulo
5. Tabla Profesor
Almacenará los datos de los profesores registrados en el sistema.
Campo Tipo Nulo
id_profesor INT No nulo
id_grupo INT No nulo
nombre VARCHAR No nulo
correo VARCHAR No nulo
clave_acceso VARCHAR No nulo
6. Tabla Alumno
Concentrará los datos de los alumnos registrados en el sistema.
Campo Tipo Nulo
id_alumno INT No nulo
id_grupo INT No nulo
nombre VARCHAR No nulo
estilo INT No nulo
correo VARCHAR No nulo
clave_acceso VARCHAR No nulo
7. Tabla Conocimiento
Esta tabla almacenará los datos relacionados con los conocimientos adquiridos
por los alumnos.
Campo Tipo Nulo
id_conocimiento INT No nulo
id_alumno INT No nulo
id_tema INT No nulo
92
calificacion FLOAT Nulo
maximo_num_planes INT No nulo
8. Tabla Conocimiento_Tema_Objetivo
Concentrará la información relacionada con los conocimientos que adquiere el
alumno, relacionado con las evaluaciones utilizadas para conocer su dominio en
un determinado tema.
Campo Tipo Nulo
id_conocimiento_tema_objetivo INT No nulo
id_conocimiento INT No nulo
id_evaluacion_tema INT No nulo
9. Tabla Plan
Concentrará la información de los planes individualizados de los alumnos.
Campo Tipo Nulo
id_plan INT No nulo
id_alumno INT No nulo
id_evaluacion_contenido INT No nulo
10. Tabla Contenido
Permitirá almacenar la información correspondiente a los contenidos de aprendizaje proporcionados por los docentes.
Campo Tipo Nulo
id_contenido INT No nulo
id_tema INT No nulo
nivel INT No nulo
estilo INT No nulo
base_teorica VARCHAR Nulo
ejemplos VARCHAR Nulo
ejercicios VARCHAR Nulo
11. Tabla Contenido_Plan
Concentrará la información de los contenidos que serán utilizados en algún plan
individualizado.
93
Campo Tipo Nulo
id_contenido_plan INT No nulo
id_contenido INT No nulo
id_plan INT No nulo
12. Tabla Evaluacion_Contenido
Concentrará las evaluaciones correspondientes a los contenidos de aprendizaje proporcionados por los docentes.
Campo Tipo Nulo
id_evaluacion_contenido INT No nulo
id_contenido INT No nulo
evaluacion VARCHAR No nulo
13. Tabla Preguntas_Contenido
Concentrará las preguntas y respuestas asociadas a las evaluaciones de los contenidos.
Campo Tipo Nulo
id_preguntas_contenido INT No nulo
id_evaluacion_contenido INT No nulo
pregunta INT No nulo
respuesta VARCHAR No nulo
14. Tabla Tema_Objetivo
Esta tabla almacenará la información correspondiente a los temas objetivos definidos por el docente.
Campo Tipo Nulo
id_tema_objetivo INT No nulo
id_tema INT No nulo
id_grupo INT No nulo
calificacion_minima FLOAT No nulo
15. Tabla Evaluacion_Tema
Almacenará las evaluaciones correspondientes a los temas objetivos definidos
por los docentes.
94
Campo Tipo Nulo
id_evaluacion_tema INT No nulo
id_tema_objetivo INT No nulo
evaluacion VARCHAR No nulo
16. Tabla Preguntas_Tema
Será la tabla que almacene las preguntas y respuestas asociadas a las evaluaciones
de los temas objetivos.
Campo Tipo Nulo
id_preguntas_tema INT No nulo
id_evaluacion_tema INT No nulo
pregunta INT No nulo
respuesta VARCHAR No nulo
Las relaciones definidas entre las tablas que contendrá la base de datos, se
observan en el modelo Entidad – Relación que se presenta en la Figura 21.
95
Figura 21 Modelo Entidad-Relación de la base de datos
96
11. ESCENARIO DE PRUEBAS
El proyecto terminal será probado, durante diez días hábiles, en un grupo
conformado por un profesor y veinte alumnos voluntarios, perteneciente a un curso de
Matemáticas I en un bachillerato general, en donde cada usuario dispondrá de un
dispositivo móvil. Los dispositivos estarán conectados mediante una red local, en la que
también estará el servidor. La red local, además, tendrá una conexión a Internet para
que los usuarios puedan acceder a los contenidos de aprendizaje, como se observa en la
Figura 22.
Se plantea un grupo de veinte alumnos con la finalidad de que diez de ellos trabajen con
el método habitual, mientras que el resto del grupo hace uso del sistema.
Al finalizar las dos semanas, se realizará una evaluación de conocimientos a los veinte alumnos, misma que será proporcionada por el profesor, con el propósito de comparar
los resultados de desempeño entre el grupo que utilizó el método tradicional y el que trabajó con el sistema. Adicionalmente, se presentará una rúbrica al docente y a los
alumnos que utilizarán el sistema, con la finalidad de que evalúen la utilidad, la facilidad de uso y el entorno gráfico del sistema.
En la presentación del prototipo que será realizada en las instalaciones de la Unidad
Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas, se hará uso del
mismo esquema de la Figura 22, para que los miembros del jurado puedan interactuar
con el sistema.
Figura 22 Esquema general del escenario de pruebas
97
12. CONCLUSIONES
Con la realización del Proyecto Terminal I, fue posible identificar las
características que definirán el desarrollo del sistema, los requerimientos que éste deberá
cumplir y las acciones que permitirá realizar al ser implementado.
Durante el análisis y diseño fue posible confirmar que la Taxonomía de Bloom puede
ser una referencia en el proceso de enseñanza-aprendizaje; sin embargo, el considerar
cada una de sus etapas implicaría un lapso mayor al disponible para el desarrollo de
Proyecto Terminal II, por lo que se optó por considerar como base, las primeras tres de
sus etapas para el diseño del modelo de conocimiento.
Además, con respecto al planificador, se definió un algoritmo basado en el que ha sido
propuesto por la rama de la Inteligencia Artificial; sin embargo, el que será desarrollado
se diseñó para ser programado mediante funciones y con el uso de consultas a la base de
datos, lo que permitirá, que en su implementación, pueda determinarse el consumo de
recursos que utiliza y las ventajas de desarrollar dicho algoritmo.
Respecto a la definición de herramientas de software y hardware para el sistema, es
posible concluir que éste mantiene como característica la escalabilidad, pues en futuras
implementaciones, los módulos del sistema podrían ser almacenados en servidores con
mayor capacidad de memoria RAM y velocidad de procesamiento, sin afectar la
estructura del sistema.
Finalmente, el trabajo realizado permite continuar con el desarrollo del proyecto,
mediante el diseño especificado y haciendo uso de las herramientas definidas, pues cada
una presenta las características necesarias para permitir la realización del sistema.
98
13. REFERENCIAS
[1] OECD, “Resultados de Programa para la Evaluación Internacional de Alumnos (PISA-2015)”,
2015.
[2] SNIEE, “Estadística del Sitema Educativo-Ciclo Escolar 2015-2016”, 2016. [En línea].
Disponible en:
http://www.snie.sep.gob.mx/descargas/estadistica_e_indicadores/estadistica_e_indicadores_educati
vos_33Nacional.pdf. [Último acceso: 02-Abr-2017].
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