Desarrollo de la infraestructura de apoyo a las actividades en línea del Espacio NTIC
MC Carlos Lizárraga Celaya, Lic. Adolfo Castillo Navarro, Lic. Omar Rodríguez Arenas
Proyecto de Nuevas Tecnologías de la Información y la Comunicación
Universidad de Sonora, Blvd. Encinas y Rosales S/N, Col. Centro
Hermosillo, Sonora, México 83000
12 de Septiembre de 2005
Resumen
Se describe la infraestructura de apoyo para el desarrollo de las actividades de alrededor de 6000 estudiantes en los cursos del Eje de Formación Común de la Universidad de Sonora.
El sistema Atlanticus, es un cluster que aloja el portal de la comunidad académica virtual, y ofrece un sistema para la administración de contenidos y actividades en línea de estos Espacios Educativos.
Se describen también, las características de infraestructura física implementada, las Salas Polivalentes y Centros de Autoacceso, requeridos para el desarrollo de los dos tipos de sesiones que requieren los cursos.
Introducción
La Universidad de Sonora promovió una reforma general de los planes de estudio a mediados de 2002. Esta reforma incluye un modelo educativo de aprendizaje centrado en el estudiante.
En la estructura general, todos los planes de estudio de las distintas licenciaturas que se imparten en la Universidad de Sonora comparten un Eje de Formación Común. En este Eje, existen cuatro Espacios Educativos, de los cuales, el que nos concierne es el Espacio de Nuevas Tecnologías de la Información y la Comunicación (NTIC).
El curso del Espacio NTIC se diseñó para seguir un formato híbrido o semipresencial. Las sesiones presenciales son al menos una vez a la semana, donde asiste todo el grupo a una sesión de orientación y discusión general sobre las actividades a realizar. El resto de las sesiones son tipo taller, en donde los estudiantes en subgrupos interaccionan directamente con los materiales en línea. Habrá estudiantes que requieren menos ayuda. El profesor que cumple el papel de facilitador o asesor, puede centrar su atención en los estudiantes que más ayuda requieran.
En el desarrollo de la descripción, objetivos y contenidos del curso, se contempló la necesidad de contar con un sistema que hospedara los materiales y permitiera una serie de actividades en línea para complementar el curso. Este sistema recibe el nombre de Atlanticus.
También se contempló la necesidad de contar con espacios donde se desarrollen las sesiones presenciales, llamadas Salas Polivalentes. En los Centros de Autoacceso, se desarrollan las sesiones tipo taller. Se describen las características de estos espacios de trabajo.
Historia de desarrollo de la plataforma tecnológica Atlanticus
Dentro de las actividades de los cursos que apoyaban en el Laboratorio de Sistemas Distribuidos y Redes, de la Licenciatura en Ciencias de la Computación de esta Universidad (http://labsd.fisica.uson.mx), se inició la labor de evaluar sistemas de software para la construcción de sitios con grandes cantidades de usuarios. También se comenzó a investigar sobre la construcción de sistemas para la atención de cientos de usuarios, que permitieran el manejo de grandes volúmenes de datos y de alta disponibilidad.
Se elaboró una lista de características y criterios que debía cumplir el software elegido:
· Ser Software Libre y de Fuente Abierta
· Ser independiente de plataforma
· Ser escalable
· Estar establecido en la comunidad
· Estar en etapa de desarrollo estable
· Hubieran sido desarrollados para plataformas LAMP, es decir sistema operativo Linux (http://www.linux.org/) , servidor web Apache (http://www.apache.org/), bases de datos MySQL (http://www.mysql.com/), y lenguajes PHP (http://www.php.net/), Perl (http://www.cpan.org/), etc.
Primeramente, se requería contar con un sistema Portal, que definiera una plataforma base para apoyar las actividades de una comunidad virtual que confluyera a la consulta de materiales en línea y que contara con una serie de servicios de comunicación (Correo electrónico, mensajes privados, tableros electrónicos, foros de discusión, etc.)
Se evaluaron diversos sistemas de administración de contenidos tipo portal (CMS, Content Management Systems) y sus diversas componentes. Entre ellos mencionamos: Postnuke (http://www.postnuke.com/), PHP-Nuke (http://phpnuke.org/), Slashcode (http://www.slashcode.com/), TikiWiki (http://tikiwiki.org/tiki-index.php), XOOPS (http://www.xoops.org/), y otros.
Se eligió utilizar Postnuke, por ser en el momento el sistema portal que ofrecía más opciones de módulos a instalar que nos interesaban: Calendario, integración de correo web, mensajes privados, foros de discusión, manejo de publicación de noticias, sistema de autoregistro, y otros.
Paralelamente, se estuvo evaluando sistemas de e-aprendizaje (e-Learning): Moodle (http://moodle.org/) y ATutor (http://www.atutor.ca/). Este sistema permitiría la administración de los materiales y apoyar las actividades en línea de parte de los estudiantes.
Se eligió utilizar Moodle, por estar diseñado para apoyar teorías pedagógicas modernas basadas en una teoría constructivista social. El sistema Moodle posee módulos de actividades como: foros, salas de chat, diarios, sistemas wiki, encuestas, talleres, tareas, y otras.
Además el sistema Moodle se caracteriza por su facilidad de uso y por ser congruente para coexistir con Postnuke. Se acopló la base de datos de los usuarios del portal Postnuke a los de Moodle, permitiendo de ese modo que los estudiantes inicien su sesión en Postnuke y puedan ingresar directamente al sistema Moodle donde están hospedados los materiales y actividades en línea de los cursos.
Del mismo modo, se evaluaron sistemas de correo Web para integrarlo a la plataforma, encontrando que SquirrelMail (http://squirrelmail.org/) se podía acoplar a la base de datos de los usuarios de Postnuke.
Adicionalmente a las herramientas que se pueden integrar al sistema Postnuke, se instaló un servidor de mensajería instantánea con el protocolo de Jabber, para ser utilizado por los usuarios del portal.
En Noviembre de 2003, se construyó un prototipo de Cluster LVS (Linux Virtual Server, http://www.linuxvirtualserver.org/) con 4 sistemas Linux, donde se estuvo desarrollando la plataforma tecnológica. Posteriormente se recibió apoyo de parte de la Universidad, para desarrollar un prototipo de plataforma tecnológica sobre un Cluster LVS de 8 servidores Linux.
La particularidad de construir un sistema para apoyar las actividades en línea de una población del orden de 6,000 estudiantes de nuevo ingreso en la UniSon, llevó a considerar una serie de condiciones que debía satisfacer la plataforma de alta disponibilidad (http://www.linux-ha.org/).
Algunas características que se buscaron cumplir en el desarrollo de la plataforma tecnológica fueron:
· Un sistema independiente de plataforma (arquitectura, sistema operativo, etc.)
· Un sistema modular y escalable, de componentes ordinarios fáciles de reemplazar.
· Sistema apto para manejo de un gran número de usuarios (10,000 usuarios)
· Sistema con capacidad de cientos de transacciones por segundo, cientos de usuarios en línea de forma simultánea.
· Sistema diseñado para el manejo de grandes volúmenes de datos.
· Sistema fiable de alta disponibilidad.
· Uso de software libre y de fuente abierta.
· Formar profesionales de tecnología de la información aplicada a la educación.
Con la ayuda de los estudiantes del Laboratorio de Sistemas Distribuidos y Redes de la Licenciatura en Ciencias de la Computación, se estuvieron evaluando diversos sistemas, que integrarían las componentes de la plataforma
El sistema recibió el nombre Atlanticus por contener las cadenas NTIC propias de este espacio educativo y las siglas US, de la Universidad de Sonora. El sistema Atlanticus se encuentra hospedado en el Departamento de Física, por ser el Departamento desde donde se apoya el soporte tecnológico del espacio NTIC. La dirección del sistema Atlanticus es http://atlanticus.fisica.uson.mx.
El Sistema Atlanticus (versión 1), cluster que estuvo compuesto de 6 sistemas, inició sus operaciones en Enero 2004, con 3 grupos pilotos (120 estudiantes) en Hermosillo, de las carreras que iniciaron con el plan de estudios del nuevo modelo curricular de la UniSon.
En Agosto de 2004, la Universidad aprobó nuevos planes de estudios de cerca del 80% de los programas de Licenciatura, que tomarían cursos de NTIC. En ese semestre, se apoyó con los contenidos y se atendieron las actividades en línea de 54 grupos (2160 estudiantes aproximadamente) en el espacio educativo de NTIC. Los cursos apoyados se desarrollaron en los campus de Hermosillo y Caborca exclusivamente.
Paralelo a las actividades del espacio educativo NTIC, otros dos espacios del Eje de Formación Común, el de Ética y Desarrollo Profesional y el de Características de la Sociedad Actual también colocaron materiales en línea en el sistema Atlanticus. Esto representó el hecho de que la mayoría de los estudiantes de nuevo ingreso se apoyaban en el sistema en al menos una materia.
En Enero de 2005, se incorporaron materiales y actividades en línea del Espacio Educativo de Aprender a Aprender en el sistema Atlanticus, por lo que a partir de este momento, cuatro de los Espacios desarrollan sus actividades docentes mediadas por la tecnología. También se incorporó la totalidad de las unidades foráneas: Navojoa, Caborca, Santa Ana, y Nogales.
Al final de su primer año, el sistema Atlanticus estuvo apoyando con contenidos y actividades en línea de alrededor de 280 grupos (5,800 estudiantes) de cuatro espacios del Eje de Formación Común de la Universidad de Sonora de las tres Unidades Regionales.
La carga máxima del sistema Atlanticus será el número de estudiantes de nuevo ingreso que es de 6000 estudiantes. Se espera con el mismo sistema, poder seguir apoyando a otros cursos que sean rediseñados y que incorporen materiales y actividades en línea, como estrategia didáctica.
Las características técnicas de los componentes del cluster Atlanticus (versión 1), construido en Junio de 2004 fueron: Sistemas Pentium 4 de 2.8GHz, 1 GB RAM, discos de 80GB. Se les configuró con 2GB de espacio swap y se utilizó Novell SuSE Linux versión 9.0 (http://www.novell.com/linux/suse/). En Marzo de 2005, el tamaño de la base de datos del Moodle, que contienen las bitácoras de actividades y archivos de tareas enviadas por los estudiantes, creció hasta llegar a los 3GB. En ese momento, el rendimiento del sistema se degradó considerablemente. Como medida de emergencia, se les duplicó la memoria RAM de los servidores a 2GB. Con el espacio swap y la memoria RAM, teóricamente el sistema podría manejar archivos de hasta 4GB.
La estructura del cluster fue la siguiente: Un balanceador de carga que recibe las peticiones de los clientes y las pasa a 4 servidores reales. Otro sistema jugaba el papel de un servidor de sistemas de archivos NFS que exportaba la información a los servidores reales. En él se hospedaba la información de las bases de datos del Postnuke y Moodle.
Arquitectura de un Cluster tipo LVS
Una de los inconvenientes que encontramos, fue el hecho de que los servidores reales estaban integrados en una red local privada de 100Mbps. Esto representó un cuello de botella, puesto que las respuestas a las peticiones eran canalizadas a través del servidor real, cuando el número de usuarios alcanzaba los 150 usuarios simultáneamente. Esto también sucedía cerca de las fechas límites para subir trabajos o tareas de parte de los estudiantes, la demanda instantánea crecía considerablemente.
Plataforma tecnológica Atlanticus versión 2.
En la planeación de la siguiente versión del sistema Atlanticus, se planeó una arquitectura distinta: Primeramente, los elementos del cluster no conforman una red local privada. Los servidores reales reciben las peticiones de los clientes a través del balanceador de carga y estos contestan directamente a los clientes. Así se elimina un cuello de botella cuando la transferencia de archivos es intensa.
Además de utilizar el sistema de archivos NFS (http://nfs.sourceforge.net/nfs-howto/) , se introduce el sistema de archivos CODA (http://www.coda.cs.cmu.edu/) para ciertos servicios, el cual permite la transferencia de archivos y de información con los clientes, pudiendo sobrevivir a pequeñas interrupciones en la conexión con los servidores.
En Junio de 2005, se inició la construcción de un nuevo cluster de 16 sistemas Linux, para desarrollar una nueva versión de la plataforma Atlanticus. Para este cluster se utilizó la distribución Gentoo de Linux (http://www.gentoo.org/) .
Sistema Cluster Atlanticus
Algunos problemas que se intentan resolver con el nuevo prototipo:
· Eliminar el cuello de botella de que todas las peticiones son contestadas por un solo servidor. Todos los servidores reales contestan directamente a los clientes, a solicitud del balanceador de carga.
· Los miembros del Cluster están conectados en un switch de 100Mbps.
· La cantidad de memoria RAM de los servidores que más carga tienen se duplicó a 4GB, y el tamaño de la partición de swap de 16GB para manejar la base de datos que crece rápidamente.
· Se cuenta con redundancia en el balanceador de carga. En caso de fallar este, entra un servidor espejo de respaldo.
· Se separó el manejo de las bases de datos del Postnuke de la del Moodle.
· Se cuenta con más de un servidor NFS para distribuir la información en el Cluster.
· Se probó una arquitectura de tener una base de datos distribuida, MySQL Cluster (http://www.mysql.com/products/database/cluster/), para disminuir el tiempo de respuesta de los servidores de la base de datos, pero tuvo dificultades. Resulto ser un sistema muy frágil. Cualquier falla de cualquiera de los manejadores de las bases de datos puede corromper la información haciendo imposible la restauración de esa información. Se tuvo que abandonar esta idea y regresar al uso de un servidor de NFS para exportar la información de la base de datos a los servidores que la requieran.
En Agosto de 2005, el sistema Atlanticus actualmente hospeda los materiales de los cuatro espacios del Eje de Formación Común, apoyando con la administración de contenidos y actividades de 280 grupos.
Futuro de sistema Atlanticus
Se espera para mediados del 2006, pasar al siguiente nivel de hardware, que es construir un cluster del sistema Atlanticus (versión 3), utilizando servidores de mayor capacidad en hardware (multiprocesadores, arquitectura 64bits, memoria RAM mayor que 8GB, red gigabit, etc)
Ambientes de aprendizaje
Dado que se busca lograr que el estudiante desarrolle una metodología que le permita adquirir una fluidez computacional, se puso especial cuidado en establecer espacios donde se minimice el impacto de la tecnología en los usuarios. Se requiere que el estudiante se sienta menos intimidado por el uso de tecnología, permitiéndole concentrarse en la adquisición de nuevas habilidades y no se sienta distraído o inhibido como sucede en algunos ambientes tradicionales rígidos.
El objetivo del curso es el de enfrentar al estudiante con la tecnología de la información y la comunicación. Los medios tecnológicos utilizados deben ser de lo más transparente. La tecnología debe desaparecer ante los ojos del usuario al ser asimilada.
Buscamos entonces, crear ambientes de aprendizaje flexibles que permitan al estudiante concentrarse en adquirir las habilidades requeridas. Se incorpora equipo con
Se proponen diseñar espacios físicos flexibles adecuados apoyados con tecnología educativa que combina la comunicación, la colaboración y el apoyo computacional; que son personalizados, sensibles al usuario y móviles; y que son espacios familiares a las nuevas generaciones de estudiantes que son nativos de la era digital.
Salas Polivalentes
El concepto de una Sala Polivalente, es la de crear un ambiente de aprendizaje de mobiliario adaptable, a las dinámicas grupales que se planeen, con el soporte de tecnología multimedios. En este caso se utiliza la Sala Polivalente para llevar a cabo la sesión presencial y discutir con el grupo generalidades de los productos a entregar y contar con reuniones de aclaración.
En este tipo de Sala se llevan a cabo las sesiones presenciales apoyadas con equipo audiovisual y tecnología de la información. Se requiere mayor espacio que un salón tradicional, pues hay que dar lugar a la proyección digital y mantener la línea de vista de todos los participantes. Se requiere del orden de un 30% más espacio que el tradicional, es decir entre 2.5 y 4 m2 por estudiante. En los salones tradicionales se estima un espacio mínimo de 1.35 m2 por estudiante.
Ejemplo de una Sala Polivalente
Se han construido 3 Salas Polivalentes en la Unidad Regional Centro con la siguiente infraestructura:
- proyector cañón LCD, mínimo 1500 lúmenes
- Pantalla de 2.10m x 2.10m
- Computadora de escritorio o Notebook, Pentium 4 con lectora DVD, red inalámbrica.
- Apuntador láser
- Acústica apropiada y Equipo de sonido
- Conexión inalámbrica al Internet
- 4 Pintarrones (al menos en 3 paredes)
- Pintarrón interactivo (SmartBoard.com) con plumas electrónicas
- Cámara digital de video
- Mesa y sillas para el(los) Facilitador(es)
- Mobiliario fácilmente adaptable, que responda a las necesidades de las actividades planeadas y cómodo para los participantes (Mesas y sillas/Mesabancos)
- Persianas o cortinas obscuras
- Gabinete para almacenar accesorios y dispositivos pequeños
- Luz sectorizada (luz tipo teatro al frente) y control de intensidad de luz
- Contactos con tierra física
- Extensiones eléctricas con tierra física
- Aire acondicionado silencioso
- Seguridad física del equipo y mobiliario
Centros de Autoacceso (CAA)
El concepto de estos Centro de Autoacceso, es crear ambientes de aprendizaje que faciliten la educación centrada en el aprendizaje y fomenten el trabajo colaborativo entre los estudiantes. Por ejemplo se forman islas de trabajo de 3 o 4 muebles encontrados, de tal forma que los estudiantes puedan interaccionar en grupo y las sillas permitan enfocar la atención a los puntos donde se genere alguna discusión. Las sesiones son de 20 estudiantes, de tal forma que el profesor pueda enfocar su atención en aquellos alumnos que más la requieran.
En estos Centros los participantes de los cursos acceden a los materiales digitales e información en línea y desarrollan actividades interactivas planteadas en la plataforma de la tecnología de la información y comunicación. Los Centros atienden a una fracción de los grupos presenciales a la vez, que interactúan con el sistema y los ayudantes de profesor.
Los Centros de acceso son también ambientes de aprendizaje. El mobiliario y equipo es móvil, agrupándose en 5 o 6 islas (conglomerados de 4 mesas).
Ejemplo de un Centro de Autoacceso (CAA)
Se han construido 6 Centros de Autoacceso en la Unidad Regional Centro que cuentan con la siguiente infraestructura:
- 20 Computadoras personales Pentium 4, 512Mb RAM, Discos duros 40GB, Monitor LCD, Lectora DVD/CD-RW, Bocinas, Puertos USB, Tarjeta de Red Inalámbrica.
- 1 Computadora para el ayudante de profesor o del Centro.
- 21 Mesas individuales para colocar el equipo de cómputo y formar las islas
- 21 Sillas de trabajo, con brazos, pistón neumático, 5 patas
- 11 Reguladores de voltaje con No Break para cada 2 equipos
- Impresora Láser de red
- Ruteador o Puente Ethernet de red inalámbrica
- Juegos de 4 contactos con tierra física cercanos a las islas
- Persianas o Cortinas obscuras
- Conectores al frente
- Posibilidad de uso ocasional de Cañón proyector
- Pintarrones en cada pared
- Mueble para equipo audiovisual
- Seguridad física del equipo y mobiliario
- Horarios flexibles y extendidos, para acceso además de las sesiones formales.
Los estudiantes que tienes acceso a computadora e Internet fuera de estos Centros de Autoacceso, pueden realizar consultas adicionales de los materiales o realizar actividades requeridas en línea en distintos horarios. Los estudiantes podrán hacer uso de las instalaciones de los Centros de Autoacceso en horarios que se encuentren disponibles.
En resumen
Se ha presentado una descripción de una solución para atender cursos híbridos o semipresenciales, para una población estudiantil del orden de una decena de miles de estudiantes.
La solución encontrada contempla dos aspectos:
- La construcción de una plataforma tecnológica que hospede los materiales en línea, que apoye las actividades en línea de los estudiantes y facilite la administración de productos y tareas de parte de los profesores que trabajan en este espacio educativo.
- La descripción de los espacios físicos que se utilizan para las sesiones presenciales y los talleres.
Referencias generales
- Being Fluent with Information technology, Commmittee on Information Technology Literacy, Computer Science and Telecommunications Board, National Research Council, National Academy Press. http://books.nap.edu/catalog/6482.html
- Norbert A. Streitz, Pady Nixon editors, The disappearing computer, Communications of the ACM, Mar 2005, Vol. 48 No. 3 pag. 32-71. http://portal.acm.org/citation.cfm?id=1047671.1047699
- The Disappearing Computer Initiative, http://www.disappearing-computer.net/index.html
- David H. Jonassen, Design of Constructivist Learning Environments, http://tiger.coe.missouri.edu/~jonassen/courses/CLE/ (Jun 2004).
- Clusters de Linux, http://clusters.fisica.uson.mx/
- Blog del Proyecto de Nuevas Tecnologías de la Información y la Comunicación de la Universidad de Sonora: http://atlanticus.blogspot.com/
posted by Carlos Lizárraga Celaya @ 1:52 p.m.
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