La voz de la ciencia
4nov/130

Laboratorios virtuales remotos: experimentación a golpe de click

BOOTES

Javier Gamo.
Saint Louis University - Madrid Campus
http://spain.slu.edu/fac/gamoaranda.html
@jgamoaranda

No es ninguna novedad que la aparición de internet ha revolucionado prácticamente todas las facetas de actividad del ser humano: artes, ciencias, negocios, relaciones personales... todo se ha visto agitado por este nuevo paradigma de comunicación, que permite un acceso democrático y universal a contenidos de toda índole.

Una de las facetas más beneficiadas del auge de internet es la educación. Hoy día, se puede acceder a una ingente cantidad de recursos didácticos, que abarcan absolutamente todas las ramas del saber. Empresas y centros educativos han visto aquí una gran oportunidad para universalizar el acceso a la formación, con ventajas evidentes en ahorro de costes, flexibilización de horarios para el seguimiento de los cursos, cooperación entre entidades de todo el planeta, etc.

En el ámbito universitario, la declaración de Bolonia respecto al Espacio Europeo de Educación Superior refuerza el uso de procesos de aprendizaje-enseñanza basada en competencias. La ''competencia digital'' es uno de los aspectos clave para acceder hoy día al mercado laboral. Por otra parte, las nuevas Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) están cambiando la forma en que la educación se está llevando a cabo [1]. Muchos de los contenidos de las asignaturas se imparten a través de plataformas de aprendizaje on-line, permitiendo al estudiante complementar la tradicional enseñanza en clase presencial, con el aprendizaje autónomo desde casa. En este contexto, el auge de las TIC está empujuando a las universidades presenciales tradicionales a actualizarse, para no perder estudiantes que ven en las instutuciones on-line una mayor compatibilidad con el desarrollo simultáneo de una carrera profesional, a la vez que ofrecen una mejor conciliación con la vida familiar y personal.

Los estudios universitarios de carácter científico-técnico son buenos candidatos para implementar innovaciones educativas relacionadas con las TIC. Los estudiantes de carreras científico-técnicas están habituados al uso de las TIC, por lo que pueden adoptar rápidamente nuevas tecnologías para el aprendizaje de manera autónoma.

Por otra parte, muchas de las asignaturas técnicas requieren la realización de prácticas de laboratorio, cuya implementación a través de plataformas virtuales de enseñanza remota puede resultar compleja, especialmente en lo referente al manejo e interacción con instrumentos reales. De ahí que, en los últimos años, esté avanzando bastante la investigación en Laboratorios Virtuales Remotos (LVR), cuyo objetivo es la utilización de las TIC para realizar experimentos tanto simulados (donde se recurre a modelos matemáticos implementados en ordenador, que simulan los fenómenos a experimentar) [2], [3], como reales (es decir, con interacción efectiva con equipos e instrumentos presentes en una ubicación física distinta desde donde se controla el experimento) [4], [5].

Las ventajas de los LVR en enseñanzas técnicas son varias, destacando:

  • Acceso desde múltiples localizaciones geográficas (e.g. alumnos de distintas ciudades, países, etc.)
  • Compartición eficiente de recursos entre distintos centros de enseñanza, lo que redunda en economías de escala
  • Mejora de la calidad, a través de la especialización (e.g. cada centro puede centrarse en desarrollar de forma óptima una/varias prácticas, en lugar de acometer el desarrollo de todas las que correspondan a una misma asignatura)
  • Los experimentos pueden realizarse sin peligro para los alumnos, en caso de fallo

A continuación se describen algunas iniciativas de LVR que están desarrollándose en distintos campos científico-tecnológicos, a nivel mundial.

Virtual Labs Project

Con el objetivo de formentar el desarrollo de las ciencias y la ingeniería, el pasado 23 de febrero de 2012 el Ministerio de Desarrollo de Recursos Humanos de la India lanzó Virtual Labs, un portal de laboratorios virtuales en 97 campos de 9 disciplinas distintas de ciencia e ingeniería, incluyendo electrónica, comunicaciones, informática y biotecnología, entre otras.

El portal, orientado a estudiantes universitarios y cualquier persona interesada por la investigación científica, permitirá llevar a cabo experimentos en línea, para lo que sólo es necesario un ordenador con conexión a internet. El propósito final de Virtual Labs es poder despertar la curiosidad e interés de los estudiantes por los experimentos, que a su vez les ayudará a afianzar los conceptos científicos a través de la experimentación a distancia.

En torno a los laboratorios virtuales, los estudiantes pueden hacer uso de las diferentes herramientas de aprendizaje, incluyendo recursos web adicionales, video-conferencias, demostraciones animadas y ejercicios de autoevaluación. Se estima que, solamente en la India, un total de 500.000 estudiantes pueden benefiarse de esta iniciativa [6].

Proyecto Virtual Labs del gobierno de la India. Fuente: http://www.vlab.co.in/

iLab - MIT

El conocido Massachusetts Institute of Technology (MIT) pone a disposición de la comunidad global el portal iLab. Con esta iniciativa de laboratorios a través de internet, el MIT pretende poder enriquecer la ciencia y la ingeniería, ampliando considerablemente la gama de experimentos en los que los alumnos están expuestos durante su ciclo educacativo [7].

Proyecto iLab del MIT: simulación del comportamiento de un diodo. Fuente: http://ilab.mit.edu/iLabServiceBroker/

Actualmente, cualquier internauta puede solicitar una cuenta de acceso a iLab, la cual, una vez aprobada por los administradores del portal, permite realizar experimentos virtuales, utilizando únicamente un navegador que tenga Java instalado.

De momento, para los usuarios registrados externos al MIT, iLab ofrece la posibilidad de unirse a un grupo invitado que contiene diversos laboratorios virtuales relacionados con la Electrónica, si bien el objetivo es ir creando más laboratorios en el futuro, en otras disciplinas científicas.

La misión final del proyecto iLab es crear un amplio conjunto de recursos experimentales, que permitan compartir experiencias de laboratorio entre docentes y estudiantes de todo el mundo, dentro del ámbito de la educación superior.

UNEDLabs

UNEDLabs aglutina una red de laboratorios virtuales, remotos y colaborativos de la Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED) [8]. En UNEDLabs, alumnos de distintas carreras de la UNED pueden realizar sus prácticas experimentales tanto reales como simuladas, mediante un entorno web que permite manejar a distancia los recursos experimentales que, físicamente, se encuentran ubicados en un laboratorio real de la UNED.

Experimento de refracción de haz láser en UNEDLabs. Fuente: http://unedlabs.dia.uned.es/

Para poder realizar la experimentación remota (es decir, la conexión con dispositivos reales de laboratorio), el alumno debe elegir la fecha concreta (día y hora) en que quiere utilizar el recurso experimental, de las franjas horarias disponibles. Una vez elegida la fecha, el sistema de reservas avisa por correo electrónico tanto al alumno como a los profesores y/o administradores del curso, del día y hora elegidos para realizar la experimentación remota en cuestión.

Actualmente, en UNEDLabs se pueden realizar experimentos de Automática, Matemáticas, Control de Procesos Avanzados, Técnicas Experimentales de Física, etc. Las simulaciones de experimentos están desarrolladas en Easy Java Simulation (EJS), una herramienta de código abierto desarrollada en Java, diseñada para la generación de simulaciones interactivas dinámicas [9]. EJS es parte del proyecto Open Source Physics (OPS), que pretende motivar a los estudiantes a utilizar la Física Computacional para tener un enfoque más amplio que el obtenido mediante la tradicional combinación entre teoría y experimentación en laboratorio [10]. En noviembre de 2011, el proyecto OPS fue galardonado con el premio SPORE de la revista Science [11]

Javaoptics (JOptics)

El proyecto Javaoptics (JOptics) es una iniciativa del Grupo de Innovación Docente en Óptica Física y Fotónica de la Universidad de Barcelona, cuyo objetivo es fomentar el aprendizaje de la Óptica a través de Internet [12]. JOptics consiste en una serie de recursos docentes, dirigidos principalmente al estudiante universitario, que permiten afianzar los conocimientos de Óptica Física. Además, una parte de los materiales desarrollados puede ser utilizados por estudiantes y profesores de ESO y bachillerato, para ilustrar y ampliar conceptos de Física, a ese nivel educativo.

Simulación del funcionamiento de un ojo miope, incluido en JavaOptics. Fuente: http://www.ub.edu/javaoptics

Actualmente, JOptics permite realizar experimentación virtual sobre 12 fenómenos ópticos, incluyendo fibras ópticas, modelo del ojo, difracción, colorimetría, etc. Las simulaciones pueden ejecutarse directamente como applets en el navegador, o bien descargarse en el ordenador para usarse en cualquier momento, sin necesidad de tener que disponer de conexión a internet.

JOptics ha sido galardonado con el premio MERLOT Classics Awards 2010 dentro del apartado de Física.

Astronomía para todos: Proyectos GLORIA / CESAR / BOOTES

Están surgiendo varias iniciativas internacionales para acercar la Astronomía al ciudadano común, especialmente para estudiantes en edad escolar, ofreciendo la posibilidad de experimentación en tiempo real con los denominados telescopios robóticos.

“GLObal Robotic-telescopes Intelligent Array” (GLORIA) es un proyecto financiado por el Séptimo Programa Marco de la Unión Europea (FP7/2007-2012), cuyo objetivo es promover la difusión de la Astronomía en los centros educativos, y con ello motivar a los alumnos de enseñanzas medias a interesarse por la ciencia y la tecnología [13].

GLORIA se constituye como la primera red de telecopios robóticos del mundo con acceso libre, para producir ciencia ciudadana. La red GLORIA pretende que los usuarios puedan hacer investigación en Astronomía mediante la observación con telescopios robóticos, dentro de un entorno web 2.0 bajo licencia GNU (General Public License). Asimismo, se podrán analizar los datos que otros usuarios han adquirido con GLORIA, o desde otras bases de datos de libre acceso, como la del Observatorio Virtual Europeo.

Portal del proyecto GLORIA sobre Astronomía. Fuente: http://gloria-project.eu/es/

El 25 de marzo de 2013 a las 17:00 UTC, se abrió el acceso para todos los internautas al TAD (Telescopio Abierto Divulgación), el primero de los 17 telescopios robóticos de la red GLORIA, repartidos entre Europa, África, Asia y América del sur. TAD está ubicado en el Observatorio del Teide del Instituto de Astrofísica de Canarias, en Tenerife [14]. Los usuarios pueden crearse una cuenta en la red GLORIA y hacer una reserva para teleoperar el telescopio robotico TAD, que si bien aún sigue en fase de pruebas (con acceso restringido a unos pocos usuarios de administración), permite ya observar imágenes obtenidas en la sesión anterior, así como ver mediante webcams lo que está sucediendo en ese instante en el obervatorio. Existe asimismo un manual en línea para poder operar el TAD.

Portal del proyecto GLORIA sobre Astronomía. Fuente: http://gloria-project.eu/es/

Uno de los objetivos de GLORIA es la incorporación de otros telescopios robóticos pertenecientes a particulares o a entidades, públicas o privadas. Estos telescopios podrán ser intercambiados con el resto de telescopios de la red, y así los escolares podrán realizar observaciones en horas lectivas. Precisamente en este espíritu colaborativo reside el concepto de ciencia ciudadana que promulga GLORIA.

En este sentido, cabe destacar la colaboración entre GLORIA y el proyecto CESAR (Cooperation through Education in Science and Astronomy Research), colaboración que tiene como objetivo integrar en la red GLORIA cuatro telescopios con fines docentes que la Agencia Espacial Europea (ESA) está instalando actualmente en España, a través de su Centro de Astronomía Espacial Europeo, ESAC [15].

Aparte de TAD, se anuncia que pronto habrá un segundo telescopio operativo, de nombre TELMA (TELescopio MAlaga), que podrá usarse por los usuarios de GLORIA para escudriñar el cielo nocturno desde la Estación BOOTES-2 (EELM-CSIC) en Algarrobo Costa (Málaga).

La estación BOOTES-2 forma parte del proyecto BOOTES (Burst Optical Observer and Transient Exploring System), iniciado en 1998 como una colaboración checo-española, dedicada a estudiar las emisiones ópticas de rayos gamma (GRBs) que ocurren en el Universo . El proyecto BOOTES, coordinado por Alberto J. Castro-Tirado desde el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), incluye actualmente 4 telesocopios, ubicados en Mazagón (Huelva), La Mayora (Málaga), Blenheim (Nueva Zelanda) y Kunming (China) [16].

Página de acceso al telescopio robótico BOOTES-1 ubicado en Mazagón (Huelva). Fuente: http://bootes.iaa.es/

Javier Gamo
Saint Louis University - Madrid Campus
http://spain.slu.edu/fac/gamoaranda.html
@jgamoaranda

REFERENCIAS

[1] Alberca, M. P.; Nogueras, M. T.; Reina, M. D. y Rodríguez, M. A., «El desarrollo de medios materiales y virtuales en el marco de la educación superior a distancia» págs. 1-6. Ramón Areces, Madrid. 2010.
[2] Gamo, J. “A contribution to virtual experimentation in Optics”, En "Advanced Holography - Metrology and Imaging", de Izabela Naydenova, págs. 357- 374. Rijeka, Croacia: InTech, 2011. [En línea].http://www.intechopen.com/articles/show/title/a-contribution-to-virtual-experimentation-in-optics
[3] Mitchell Waldrop, M. "Education online: the virtual lab". Nature, vol. 499, nº 7458, págs. 268 - 270. 2013. [En línea]. http://www.nature.com/news/education-online-the-virtual-lab-1.13383
[4] Chaos, D.; Chacón, J.; Lopez-Orozco, J. A. y Dormido, S. "Virtual and remote robotic laboratory using EJS, Matlab and Labview". Sensors, tomo 13: págs. 2595-2612. 2013.
[5] Andújar Márquez, J.M y Mateo Sanguino, T.J. "Diseño de laboratorios virtuales y/o remotos. Un caso práctico". Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial, vol. 7, nº 1: págs. 64-72. 2010
[6] Mishra, A. "Virtual laboratories to reach 500,000 students". University World News, nº 211, 01.03.2012. [En línea]. http://www.universityworldnews.com/article.php?story=20120301115000644
[7] Hardesty, L. "Online Labs". MIT Technology Review, 20.04.2010. [En línea]. http://www.technologyreview.com/article/418515/online-labs/
[8] Red de Laboratorios Colaborativos Virtuales y Remotos. UNED, 2013. [En línea]. http://unilabs.dia.uned.es/
[9] Esquembre, F., "Easy Java Simulations". Universidad de Murcia, 2013. [En línea]. http://fem.um.es/Ejs/
[10] Wolfgang, C. (coordinador) "Open Source Physics". Davidson College, 2013. [En línea]. http://www.opensourcephysics.org/
[11] Science Prize for Online Resources in Education (SPORE). [En línea]. http://www.sciencemag.org/site/special/spore/
[12] Carnicer, A. (coordinador) "JOptics Curso de Óptica". Universidad de Barcelona, 2010. [En línea]. http://www.ub.es/javaoptics
[13] GLObal Robotic-telescopes Intelligent Array (GLORIA). 2013. [En línea]. http://gloria-project.eu/es/
[14] TAD: Telescopio Abierto Divulgación. Instituto de Astrofísica de Canarias, 2013. [En línea]. http://www.ot-tad.com
[15] CESAR: Cooperation through Education in Science and Astronomy Research. 2013. [En línea]. http://www.esa.int/Education/Five_telescopes_for_educational_purposes
[16] BOOTES: Burst Optical Observer and Transient Exploring System. 2013. [En línea]. http://bootes.iaa.es/

Publicado por Javier Gamo

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