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Un portal de Laboratorios Virtuales para Matemáticas e

Ingeniería en la Región Veracruz de la U.V.

M.I. Alberto Pedro Lorandi Medina

alorandi@uv.mxhttp://www.uv.mx/alorandiM.I. Guillermo Hermida Saba

ghermida@uv.mxM. I. José Hernández Silva

jhernandez01@uv.mxM. C. Martha Aurora Fierro Arias

mfierro@uv.mx

Laboratorios Físicos

En el modelo tradicional de enseñanza, los laboratorios físicos y los centros de cómputo han sido el complemento de la docencia pero, ante la falta de recursos económicos para su adquisición y el costo excesivo del licenciamiento de aplicaciones privativas científicas como Matlab, Mathematica, Maple, etc., surge la necesidad de buscar una alternativa más económica y que sea también acorde con la educación a distancia.

Aplicaciones WEB

Una posible solución al problema puede ser un portal con aplicaciones de simulación vía web, con ventajas sobre el esquema de centros de cómputo y software de simulación ya que: No implican adquirir nuevo hardware, basta una

simple PC con un navegador como cliente. No implican adquirir, instalar y mantener software de

simulación o CAEs en cada PC. Reduce costos por personal informático y centraliza

los trabajos de mantenimiento y administración.

En UV se han desarrollado aplicaciones Web para uso administrativo, académico, escolar, educación a distancia, etc., pero se ha dejado fuera el concepto de simuladores y laboratorios virtuales para el área técnica, donde se pueda modelar, simular y diseñar.

No se cuenta con un sitio con herramientas para solucionar problemas matemáticamente de forma numérica, simbólica o gráfica y hacerlo presenta muchas ventajas innovadoras.

Simulación por Internet

Suple la falta de laboratorios físicos y se pueden ampliar formas y perspectiva de realización de prácticas porque: Es más económico adquirir un servidor y usar

Software Libre para realizar simulación que adquirir varios equipos físicos para prácticas.

La preparación de las prácticas se reduce a una planeación previa y selección de problemas.

Es una forma económica de tener un laboratorio en el aula, sólo hace falta conectividad y una PC.

Nuevas Formas de Experimentar

Al tener la posibilidad de usar aplicaciones científicas por WEB, la experimentación puede llevar a los estudiantes a envolverse en el aprendizaje, convirtiéndose en una parte esencial de su formación y de la creación de su propio conocimiento.

Los laboratorios se podrían llevar a las aulas, bibliotecas, jardines y la propia casa, haciendo de la experimentación una nueva forma de experiencia educativa.

El Proyecto

Ante lo anterior, surgió la idea de tomar algunas aplicaciones de código abierto acordes con lo que pudiera necesitar un estudiante de ingeniería mecánica, eléctrica, química, etc., como son matemáticas (numéricas y simbólicas), simulación de sistemas dinámicos, estadística y graficación de funciones, y hacerlas accesibles vía WEB que, de funcionar, con el tiempo se podrían ir ampliando para dar soporte a otros campos de la ingeniería o de la ciencia.

Desarrollo de un Portal

El proceso de construcción de un portal de laboratorios virtuales se dividió en 4 etapas: Selección de las aplicaciones a utilizar. Puesta en línea de las aplicaciones y diseño de una

interfaz unificada. Desarrollo de los manuales, tutoriales, ejemplos y

documentación para cada una de las aplicaciones seleccionadas.

Desarrollo de cursos en línea que hagan uso de este portal de laboratorios virtuales.

Selección de las Aplicaciones

Scilab, lenguaje de programación de alto nivel desarrollado por INRIA y ENPC en los 90 (ahora: Scilab Consortium dentro de la fundación Digiteo) para cálculo científico e interactivo de libre uso.

GNU/Octave, lenguaje libre para realizar cálculos numéricos equivalente, casi al 90%, a la aplicación privativa MATLAB, salvo que no tiene equivalente a Simulink (en Scilab se ofrece Scicos/Xcos).

GNUPlot: un programa para generar gráficas de funciones y datos que data de 1986 y se puede usar interactivamente o por lotes usando scripts.

R, un lenguaje y ambiente para estadísticas y gráficas similar desarrollado por John Chambers.

Maxima, un sistema para manipulación de expresiones simbólicas y numéricas, incluyendo diferenciación, integración, transformadas de Laplace, ecuaciones diferenciales ordinarias, vectores, matrices, etc.

Con este software es posible simular y diseñar en ingeniería, graficar y solucionar ecuaciones o juegos de ecuaciones, resolver casi cualquier tipo de problemas de control e identificación, además de poder hacer estadísticas.

Este portal permitirá con sólo un navegador, estudiar y solucionar problemas de física y dinámica de la etapa formativa de las carreras del área técnica y ser un laboratorio para las E.E. optativas y de formación terminal.

Reusabilidad de Software

Durante el desarrollo se encontraron aplicaciones libres que funcionan como interfaz WEB a GNUPlot , Octave , R , Scilab y Maxima , adecuadas para unificarlas en una interfaz única, usando un diseño simple porque sólo la DGTI puede poner aplicaciones WEB disponibles desde Internet de manera que, cuando el portal esté terminado, se pedirá a la DGTI que diseñe el sitio y lo ponga disponible desde Internet.

El Portal

Portal

GNUPlot Maxima R Octave Scilab

Manual

Salida oGráfica

Manual

Salida oGráfica

Manual

Salida oGráfica

Manual

Salida oGráfica

Manual

Salida oGráfica

Interfaz Unificada

Algunos Resultados

Resultados

Se tienen accesibles, vía WEB, las siguientes aplicaciones científicas de código abierto: Scilab, Octave, Maxima, R y GNUPlot, con el objetivo de iniciar un portal de aplicaciones para el área técnica de la Universidad Veracruzana.

Hasta el momento está avanzada la interfaz unificada de las 5 aplicaciones, (están pendientes de ajustar R, Octave y Maxima).

Se espera que quede listo en diciembre de 2010.

Desempeño Aceptable

A pesar de que falta la interfaz unificada, cada una de las 5 aplicaciones está en operación en forma de servicio en pruebas. En las pruebas llevadas a cabo se ha mostrado un desempeño aceptable, considerando que los servidores en que se tienen montadas 2 versiones del portal, tienen limitaciones por obsolescencia.

Scilab es la aplicación que mayores recursos consume y GNUPlot la que menos recursos usa.

Trabajos Futuros

Es obvio que el primer trabajo futuro será la terminación y puesta en operación de este portal de laboratorios dinámicos.

Lo anterior estará sujeto a lo que dicte la DGTI; sin embargo, aún en el caso de que no se haga público por Internet, sí puede operar al menos a nivel local en la región Veracruz – Boca del Río.

La parte siguiente, lógicamente, será la creación de manuales, cursos y difusión en Veracruz

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M.I. Alberto Pedro Lorandi Medinaalorandi@uv.mx

http://www.uv.mx/alorandiM.I. Guillermo Hermida Saba

ghermida@uv.mxM. I. José Hernández Silva

jhernandez01@uv.mx M. C. Martha Aurora Fierro Arias

mfierro@uv.mx