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Canihuá: Un portal de
Laboratorios Virtuales
M.I. Alberto P. Lorandi Medina, Dr. Alfonso
C. García Reynoso, M.I. Guillermo Hermida
Saba, M.C. Enrique Ladrón de Guevara
Durán, M.S.I. José Hernández Silva
Cuerpo Académico Dinámica de Sistemas UV-CA-281
INTRODUCCIÓN
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• En los P. E. de ingeniería, el modelado, análisis
y simulación de sistemas, juega un papel básico
en la formación y para ello, las prácticas de
laboratorio son fundamentales.
• En universidades públicas, por falta de
presupuesto, existe carencia de laboratorios,
afectando el proceso de enseñanza
aprendizaje.
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• Sin embargo, la tecnología, Internet, la
virtualización y los nuevos servidores, pueden
conjuntarse para suplir esta carencia en forma
virtual, enriqueciendo el desarrollo de
prácticas y la enseñanza.
• Los laboratorios virtuales, remotos o de
simulación en WEB, pueden ofrecer muchas
características realmente innovadoras.
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ANTECEDENTES
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• La estructuración de
información mediante
hipermedia y multimedia,
han sido muy utilizada
como sistemas de apoyo
al aprendizaje (por
ejemplo tutoriales, ecursos, etc.) en materias
que no incluyan una
componente práctica
importante.
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• De igual forma, los
sistemas de enseñanza
en WEB (e-learning,
aulas virtuales, etc.),
han permitido trasladar
el aula a espacios
virtuales donde se
puede enriquecer el
proceso de aprendizaje
de muchas maneras
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• Sin embargo, para casos
en donde son necesarias
prácticas de Laboratorios
Convencionales (LC), las
universidades se
enfrentan a problemas
que van desde la carencia
de personal y espacios,
hasta la adquisición del
equipo mismo de
laboratorio.
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• Una solución a los
problemas anteriores
puede estar en la
creación de laboratorios
virtuales, que permitan la
realización de prácticas o
experiencias a un mayor
número de estudiantes,
independientemente de
que alumnos y
laboratorios no coincidan
en espacios físicos.
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• Esto permite simular fenómenos físicos y
modelar sistemas, conceptos abstractos,
situaciones hipotéticas, controlando escala de
tiempo, frecuencia, etc., ocultando si se
requiere, el modelo matemático y mostrando
solo el fenómeno simulado.
• Además amplía las capacidades en laboratorios
de las instituciones educativas.
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LA PROPUESTA
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• Mientras el costo de los LC aumenta, las NTICs
nos pueden permitir desarrollar laboratorios
virtuales, laboratorios remotos, laboratorios de
simulación y laboratorios de matemáticas,
donde con el software y hardware adecuados,
un estudiante pueda usar inclusive recursos
físicos convencionales, a través de una Intranet
o inclusive a de Internet, ofreciendo una
aportación a la docencia nunca antes vista.
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Laboratorios Virtuales
• Desarrollar un sistema computacional accesible
vía WEB, que mediante un simple navegador,
pueda simular un laboratorio convencional, en
donde los experimentos se llevan a cabo siguiendo
un procedimiento similar al que se sigue en un
laboratorio convencional, pudiendo inclusive
ofrecer la visualización de instrumentos y
fenómenos mediante objetos dinámicos,
programados en applets, Flash, scripts, javascripts,
PHP, etc., incluyendo imágenes y animaciones.
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Laboratorios Remotos
• Con el tiempo, transformar estos laboratorios
virtuales, en laboratorios remotos, donde al
sistema computacional se le agregue
instrumentación, control y acceso a equipos de
laboratorio reales, donde ya no solo se lleven a
cabo prácticas en un simulador, sino realizar
actividades prácticas de forma local o remota a
través de una Intranet o Internet, permitiendo la
transferencia de información entre un proceso real
y los estudiantes, de manera unidireccional o
bidireccional.
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• Los laboratorios virtuales, deben poder
permitir la construcción de modelos
matemáticos de forma gráfica, es decir sin usar
una interface de comandos como lo hacía por
ejemplo un Matlab WEB Server que fue
descontinuado, ofreciendo una experiencia
enriquecedora, que complemente el
autoaprendizaje de nuestros estudiantes.
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Laboratorios Virtuales de
Matemáticas
• Deberían además incluir un sistema
computacional con acceso vía WEB, que
permite usar un CAE, para la solución de todo
tipo de ecuaciones matemáticas algebraicas,
matriciales, diferenciales, etc., de igual forma,
poder graficar funciones en 2D y 3D,
desarrollar estadística y todo lo relacionado
con las ingenierías.
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• Este tipo de laboratorios, no solo puede
resultar de utilidad para las ingenierías, de
hecho puede ser considerado un laboratorio
básico para casi todos los programas
educativos, con la ventaja de permitir a los
estudiantes, repetir las veces que sea necesario
un ejercicio, experimentando a su propio
ritmo, que combinado con sesiones remotas
con sus profesores, puede mejorar mucho el
proceso de aprendizaje.
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Canihuá
• Portal de Laboratorios Virtuales, del C.A. Dinámica de
Sistemas UV-CA-281, del Instituto de Ingeniería de la
U.V., en el proyecto “Desarrollo de software y prototipos
para el modelado, simulación y control de sistemas
dinámicos aplicados a la educación”.
• Permitirá a nuestros P. A. del A. T., integrar en sus E. E. el
uso de este tipo de laboratorios, que complementen y
llenen los vacíos existentes en nuestros Laboratorios
Convencionales, desarrollando un andamiaje que
permita el logro de las competencias que requiere un
ingeniero egresado de la U.V.
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• Este portal iniciará con una aplicación para
graficar funciones matemáticas por WEB
(GNUPlot), a la que seguirá un CAE para
matemáticas (Maxima), una aplicación para
realizar cálculos numéricos (Octave), una para
análisis estadístico (R) y una para simular
sistemas dinámicos (Scilab/Xcos), para en un
futuro próximo, incluir el acceso a equipos de
laboratorios físicos existentes en la institución.
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• El objetivo final será contar con un portal en
donde se conjunten laboratorios virtuales de
todo tipo, laboratorios remotos, aplicaciones
para móviles, acceso a aplicaciones remotas y
prácticas de laboratorio de todo tipo.
• Un sitio donde los laboratorios se lleven
prácticamente a la casa de nuestros
estudiantes eliminando las barreras espaciotiempo.
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EL PORTAL
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• Canihuá, palabra Totonaca que significa "En
todas partes", nombre apropiado para una
portal en WEB al que se puede acceder desde
cualquier sitio y que prácticamente al estar en
la nube, está en cualquier lugar.
• Proyecto muy ambicioso que pretende
conjuntar todo tipo de laboratorios a los que se
pueda acceder por WEB
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Primera Etapa
Internet
Canihuá
GNUPlot
Maxima
R
Salida Gráfica
Salidas LaTeX y Gráfica
Salidas Texto y Gráficas
Octave
Scilab
Salidas Texto y Gráficas
Salidas Texto y Gráficas
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Segunda Etapa
Canihuá
Internet
Gráficos
Matemáticas
Simulación
Sage
GNUPlot y Otros
Maxima y R
Octave, Scilab y Otros
Salidas Texto y Gráficas
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Tercera Etapa
Canihuá
Internet
GNUPlot y Otros
Gráficos
Matemáticas
Simulación
Sage
Acceso Remoto
Maxima y R
Octave, Scilab y Otros
Salidas Texto y Gráficas
X2go, XRDP y NX
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Cuarta Etapa
Canihuá
Internet
GNUPlot y Otros
Gráficos
Maxima y R
Matemáticas
Simulación
Octave, Scilab y Otros
Salidas Texto y Gráficas
Sage
Acceso Remoto
Lab. Remotos
X2go, XRDP, Nx
LabView y Otros
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Etapa Final
Gráficas
Matemáticas
Simulación
Aplicaciones
Externas
Acceso
Remoto
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Laboratorios
Virtuales
Aplicaciones
Móviles
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Equipo
• Servidor H.P. con un Pentium 4 de 2 núcleos 160
GB de H.D.
• Ubuntu Lucid 10.04 y LAMP (Apache 2.2.14, PHP
5.3.2, MySQL 5.1. 41)
• Por políticas de restricción de la D.G.T.I. de la U.V.,
por el momento solo puede verse dentro de la red
institucional de U.V.
• Las versiones del software utilizado en la fase de
pruebas fueron GNUPlot 4.2.6.1 y Maxima 5.20.1
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Conclusiones
• De acuerdo a lo observado el desempeño de la
primera de las aplicaciones (GNUPlot) es
bastante aceptable
• los tiempos de respuesta oscilan entre 5 y 10
segundos desde enterar la función a graficar y
obtener la gráfica correspondiente
• Las salidas gráficas correspondientes son PNG
en 600x400 pixeles y 16 bits de color.
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• Hasta este momento el sistema soporta al menos
20 usuarios concurrentes sin ningún problema
• La generación de resultados gráficos no toma más
de 5 o 10 segundos con una calidad en gráficos
aceptable.
• La latencia de la red, el consumo a veces excesivo
del ancho de banda por el uso de nuestra red en
ocasiones hace un poco lento el acceso pero esto
se podría solucionar en Internet 2.
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Trabajo a futuro
• Tener disponible Maxima, CAE para matemáticas
• Seguirán Octave, R y Scilab o ScicosLab (primera
fase de este proyecto)
• Se hará una interface a SAGE
• Seguirá el acceso remoto por X2go a Xcos (Scilab)
y Scicos (ScicosLab).
• La parte siguiente será adicionar acceso remoto a
equipos de laboratorio reales, esta parte se espera
que se inicie en 2014.
• Se terminará con aplicaciones móviles
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Gracias
M.I. Alberto P. Lorandi Medina, Dr. Alfonso
C. García Reynoso, M.I. Guillermo Hermida
Saba, M.C. Enrique Ladrón de Guevara
Durán, M.S.I. José Hernández Silva.
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