Caracterització i especificació basada en ontologies dels laboratoris virtuals en les Enginyeries en Informàtica

Abstract

Durant la darrera dècada s'observa un gran creixement del nombre d'universitats que necessiten difondre coneixement i oferir oportunitats d'aprenentatge als seus estudiants a través de l'ensenyament a distància. La progressiva incorporació d'Internet en els diferents àmbits socials, juntament amb els canvis culturals, permet als estudiants accedir a una formació universitària des de qualsevol lloc i en qualsevol moment. En aquest nou escenari d'educació a distància i per tal d'assolir les competències que determinen les titulacions tècniques, es fa necessària la realització, de manera virtual, d'activitats pràctiques de laboratori. La realització d'aquestes pràctiques requereix tècniques especials d'ensenyament-aprenentatge i, per tant, cal buscar alternatives tecnològiques i pedagògiques a les actuals que permetin trencar la tradicional sincronia en el temps i en l'espai. En definitiva, en una universitat virtual es requereix d'un nou espai, anomenat Laboratori Virtual, per realitzar les activitats pràctiques. Els Laboratoris Virtuals són l'objecte d'estudi principal d'aquest treball de tesi, que té com a finalitat posar a l'abast de la comunitat educativa un sistema capaç de crear una aula virtual per realitzar pràctiques de laboratori en un entorn d'aprenentatge a distància, centrant-se en els estudis universitaris d'Enginyeria en Informàtica. Més concretament, aquest treball de tesi presenta tot el procés de desenvolupament seguit fins arribar a la creació dels Laboratoris Virtuals. Aquest procés fonamentalment ha consistit en dissenyar, en primer lloc, una estructura i una caracterització dels Laboratoris Virtuals; realitzar a continuació la seva especificació formal basada en ontologies; i, finalment, crear-los sobre una plataforma real d'aprenentatge. L'ús d'ontologies és especialment útil en aquest treball de tesi, ja que proporcionen un significat explícit a la informació, permetent compartir-la i processar-la automàticament, a la vegada que defineixen un nou panorama per representar la informació en àmbits específics en les enginyeries, com és el cas de l'especificació semàntica dels Laboratoris Virtuals.

Durante la última década se observa un gran crecimiento del número de universidades que necesitan difundir conocimiento y ofrecer oportunidades de aprendizaje a sus estudiantes a través de la enseñanza a distancia. La progresiva incorporación de Internet en los diferentes ámbitos sociales, junto con los cambios culturales, permite a los estudiantes acceder a una formación universitaria desde cualquier lugar y en cualquier momento. En este nuevo escenario de educación a distancia y para lograr las competencias que determinan las titulaciones técnicas, se hace necesaria la realización, de manera virtual, de actividades prácticas de laboratorio. La realización de estas prácticas requiere técnicas especiales de enseñanza-aprendizaje y, por lo tanto, hay que buscar alternativas tecnológicas y pedagógicas en las actuales que permitan romper la tradicional sincronía en el tiempo y en el espacio. En definitiva, en una universidad virtual se requiere de un nuevo espacio, llamado Laboratorio Virtual, para realizar las actividades prácticas. Los Laboratorios Virtuales son el objeto de estudio principal de este trabajo de tesis, que tiene como finalidad poner al alcance de la comunidad educativa un sistema capaz de crear una aula virtual para realizar prácticas de laboratorio en uno entorno a aprendizaje a distancia, centrándose en los estudios universitarios de Ingeniería en Informática. Más concretamente, este trabajo de tesis presenta todo el proceso de desarrollo seguido hasta llegar a la creación de los Laboratorios Virtuales. Este proceso fundamentalmente ha consistido al diseñar, en primer lugar, una estructura y una caracterización de los Laboratorios Virtuales; realizar a continuación su especificación formal basada en ontologías; y, finalmente, crearlos sobre una plataforma real de aprendizaje. El uso de ontologías es especialmente útil en este trabajo de tesis, puesto que proporcionan un significado explícito a la información, permitiendo compartirla y procesarla automáticamente, al mismo tiempo que definen un nuevo panorama para representar la información en ámbitos específicos en las ingenierías, como es el caso de la especificación semántica de los Laboratorios Virtuales.

During the past decade, a huge growth in the number of universities that need to diffuse knowledge and extend lifelong learning opportunities to students through distance learning environments has been observed. The rapid and continuous developments in information and communication technologies, together with cultural changes, have increased the consciousness and the demand for distance learning, allowing students to access their courses at anytime and anywhere. In this new distance learning scenario, it is necessary to take practical activities in a virtual way, in order to acquire the competences that determine the technical degrees. The accomplishment of these practices require special learning-teaching techniques and, therefore, it is necessary to look for technological and pedagogical alternatives to the present ones, that allow to break with the traditional need for time and space synchronism. For that reason, new virtual spaces are required in a Virtual University, so practical activities can be carried out. Such spaces are called Virtual Laboratories. Virtual Laboratories are the main focus of this dissertation which aims to put at the disposal of the educational community a system capable of creating a virtual classroom to carry out practical activities in a learning virtual environment, focusing on Computer Engineering Education. Specifically, this dissertation presents the development process which was performed to manage the creation of Virtual Laboratories. This process essentially consisted in designing, in the first place, the structure and characterization of the Virtual Laboratories; the next step was to make the formal specification based on ontologies; and finally to create them on a real learning platform. The use of ontologies is especially useful in this dissertation since it provides an explicit meaning to information, permitting it to be shared and processed automatically, as well as defining a new scenario to represent the information in specific fields of engineering. For instance, it is the case of the semantic specification of Virtual Laboratories.