Tele-enseñanza en la Universidad. El Proyecto AulaNET

R. Pérez, A. J. López, A. M. Fernández, N. Somarriba

La Universidad del 2000. El reto de la tele-enseñanza

Las importantes innovaciones tecnológicas del pasado reciente afectan al ámbito universitario, especialmente sensible a los cambios en la transmisión de la información. Así, en los últimos años la docencia universitaria ha incorporado progresivamente elementos complementarios a la tradicional lección magistral, que abarcan tanto medios técnicos (proyectores, presentaciones multimedia, vídeos) como software informático (programas estándar y otros desarrollados específicamente para la docencia) y la utilización de Internet como fuente de documentación e información.

En este contexto, la tele-enseñanza (y más concretamente, la enseñanza en la red) se presenta como un nuevo método docente que, aprovechando los elementos anteriormente citados, aporta ventajas de diversa índole: flexibilidad de horario y lugar de la docencia, adaptación al ritmo de aprendizaje del alumno, aprendizaje no lineal, e interactividad entre agentes docentes.

Hacia un Aula Virtual. El Proyecto AulaNet

El proyecto AulaNet pretende llegar a constituir un aula virtual de docencia universitaria. En una primera fase (Febrero del año 2000) se incorporará a este aula la asignatura Análisis de Datos Económicos, desarrollada por un grupo de profesores del departamento de Economía Aplicada de la Universidad de Oviedo1.

En el marco del proyecto AulaNet concebimos la docencia como un proceso continuo, flexible y participativo y abandonamos el enfoque tradicional, pasando a considerar a los alumnos como usuarios o clientes. Así, el Aula Virtual del proyecto (www.aulanet.uniovi.es) incorpora numerosas herramientas docentes, que tratan de integrar al alumno en la enseñanza, evitando la pasividad que a menudo se afronta en las aulas.

Dado que el aprendizaje no es lineal, los alumnos pueden utilizar los elementos docentes en distinto orden, adaptándolos a sus necesidades y disponibilidad de tiempo. No obstante, en cada lección se facilita una Ficha de trabajo con las etapas aconsejables para su preparación, destacando cuáles de ellas tendrían carácter obligatorio y cuáles serían opcionales.

  • La Lección virtual es el primer elemento de aproximación a cada lección y presenta de forma ágil los principales contenidos de la misma.

  • El Contenido teórico está recogido en el correspondiente manual digital, que incorpora texto, presentaciones animadas, cuestiones interactivas, enlaces con glosarios de términos y webs ....

  • El Material de Prácticas —accesible desde el web— contiene ejercicios resueltos y propuestos, basados en problemas económicos reales cuya resolución se lleva a cabo con el programa ADE+ de desarrollo propio2. La participación del alumno se efectúa mediante cuestiones interactivas y enlaces con el software ADE+, que le permiten "reconstruir" los resultados.

  • El web proporciona también una opción de Autoevaluación y permite el seguimiento de los alumnos mediante tutorías (por correo electrónico o videoconferencia), así como el uso de un encerado compartido.

  • Un elemento especialmente novedoso es la evaluación que (a diferencia de las iniciativas de tele-enseñanza existentes hasta ahora) será llevada a cabo también en la red.

Con estos elementos, pretendemos aproximarnos a lo que sería una Universidad Asíncrona, con enseñanza completamente no presencial.

Implementación de AulaNet

Dada la naturaleza de AulaNet, la mayoría de los aspectos tecnológicos descansan sobre la disponibilidad de la red Internet. Todo contacto de los usuarios (alumno, profesor o administrador) con las asignaturas y sus contenidos es mantenido siempre desde ella. Esto obliga, naturalmente, a adaptar contenidos, métodos y aplicaciones a la naturaleza y velocidad disponible en el medio, teniendo en cuenta la escasez y variabilidad del ancho de banda. Al dejar libre acceso desde Internet, no todos los usuarios tendrán disponible el mismo ancho de banda: los que posean un módem telefónico contarán con un acceso de 28.8 a 56 Kbps, los que dispongan de módems de cable con unos 100Kbps y los que accedan desde el entorno de las universidades podrían disponer de 200, 300 o más Kbps. Esta diversidad de velocidades de acceso y la no siempre disponibilidad de los anchos de banda estipulados añaden complejidad al proyecto.

Los aspectos técnicos más destacables a los que se tiene que hacer frente en AulaNet, ordenados por necesidad de red, son la lección virtual, las conferencias en directo, las tutorías on-line, la presentación en web de contenidos teóricos y el seguimiento del alumno, además de otros ya más tratados en el mundo de la red, como el chat, correo y news.

  • La lección virtual, consiste en un vídeo de unos 15 minutos de duración donde varios profesores realizan la presentación de los aspectos más importantes de cada lección, sincronizada con diapositivas animadas. El usuario accede a la presentación desde la red a través de la aplicación web, pero no es necesaria la descarga previa del vídeo, sino que es mostrado según se va recibiendo (streaming). Dada la libertad de acceso del alumnado, el vídeo debe ser presentado bajo demanda, dedicando una parte del ancho de banda disponible para cada usuario. La acumulación de usuarios de esta naturaleza podría agotar rápidamente el siempre escaso ancho de banda.

Los requerimientos de gran ancho de banda para la transmisión de vídeo y voz hacen que ésta sea muy problemática en Internet. La solución pasa por sacrificar calidad usando técnicas de compresión, cada vez más sofisticadas, para el audio y vídeo (codecs). Dada la gran variedad de éstos, la elección de los más adecuados depende de la naturaleza de las imágenes y sonido a transmitir (presentación por locutor, películas de acción, música, solo voz, etc.) y del ancho de banda al que vayan destinadas.

Las previsiones actuales para AulaNet son de 500 alumnos matriculados. Si de ellos, 300 decidiesen simultáneamente seguir un vídeo bajo demanda y tuviesen un acceso a 300 Kbps (excelente y poco probable para todos) se demandaría de la máquina servidora aproximadamente 90 Mbps. El servidor debe estar conectado directamente a un concentrador ATM (155 Mbps) o a una boca de un switch Fast-Ethernet (100Mbps) en un dominio de colisión para él solo.

Para paliar la diversidad de velocidades de conexión de los usuarios, sin que la codificación para la conexión más pobre (28.8 Kbps, muy baja calidad de vídeo) suponga limitación para el que tiene buen ancho de banda (300 Kbps), ni tampoco a la inversa, se emplean técnicas "multi bit rate streaming", consistentes en guardar en un mismo fichero el vídeo y el audio codificados para varios anchos de banda (bit-rate). De esta forma, cliente y servidor, al efectuarse la conexión, evalúan el ancho de banda disponible y escogen la velocidad más adecuada. Si durante la transmisión variase la calidad de la red, ambos son capaces de conmutar al bit-rate más adecuado de forma transparente. En el peor de los casos, si la velocidad cae por debajo de 28.8 Kpbs durante un tiempo largo (tiempo de buffering), la imagen quedaría congelada pero aún se dispondría del audio, que también se perdería si finalmente la velocidad cayese por debajo de 10Kbps. En el caso de AulaNet, se están guardando los contenidos para 28.8, 32, 56.6, 100 y 300 Kbps.

Otra forma de administrar mejor el ancho de banda consiste en la replicación de servidores. Pueden cursar estudios en AulaNet alumnos de las universidades del grupo G7, todas ellas conectadas por RedIRIS. No es lógico, ni tampoco fiable, hacer que todos los alumnos accedan (a través de RedIRIS) a un único servidor de vídeo. Lo más recomendable es ubicar en cada una de las 7 universidades una replica del servidor. Esto descongestionará la red y los servidores, evitará los riesgos derivados de la centralización y aumentará la disponibilidad y fiabilidad de todo el sistema. No es necesaria, desde el punto de vista del ancho de banda, la replicación del servidor web que da acceso a los contenidos y gestiona la información docente. Desde él, se puede dirigir los navegadores de los alumnos a los servidores más adecuados teniendo en cuenta su localización, manteniendo centralizado el control docente.

  • La asistencia a conferencias en directo permite a los alumnos seguir, desde localidades remotas, clases y ponencias impartidas por profesores invitados. Además de la demanda de ancho de banda, surge la necesidad del tratamiento en tiempo real de la señal de vídeo, que debe ser comprimida con el fin de adaptarla a la velocidad de la red y transmitirla inmediatamente.

Las necesidades de acceso son distintas del caso anterior. Con vídeo bajo demanda (unicast), cada usuario disponía de un canal propio, única forma si se pretende el acceso asíncrono de los usuarios (empezar, pausar, retroceder, avanzar y parar a voluntad). Las transmisiones en directo no permiten interacción al usuario, que en este caso es pasivo: se "engancha" a la transmisión o se desconecta. Esta modalidad de distribución permite hacer transmisiones multicast. En este modo, varios (muchos) usuarios emplean el ancho de banda que necesitaría uno solo, lo que reduce la carga de la red si ésta está constituida por routers con capacidad multicast. En su defecto, se puede simular el multicast con varias conexiones unicast.

Otra diferencia con el vídeo bajo demanda, es la necesidad de compresión/codificación en tiempo real del audio y el vídeo. Para llevar a cabo esta tarea, siempre es aconsejable emplear un máquina potente, separada del servidor de vídeo, pero interconectados. Así, el servidor se sigue encargando de la distribución, y el codificador (encoder) comprime la señal con dedicación exclusiva, máxime si se codifica en "multi bit rate".

  • Las tutorías on-line consisten en contactar con un profesor en directo, en una conexión uno a uno, para resolver dudas. Las necesidades de red para este servicio no son excesivas dado que el número máximo de conexiones de este tipo será igual al de profesores disponibles para atender las cuestiones, no muy elevado (máximo 20). Este tipo de servicio es accesible a cualquier usuario con un módem de 28.8 Kbps (si dispone de cámara y micrófono). Por tanto, la carga máxima en ancho de banda para la red será de 600Kbps. Teniendo en cuenta que este servicio no está centralizado, tampoco serán cuello de botella las máquinas implicadas.

  • La gestión de la información en AulaNet se lleva a cabo con una aplicación Web en tres capas: interfaz con el usuario, la lógica de negocio en el servidor Web y operaciones básicas en forma de procedimientos almacenados en el servidor SQL.

La más superficial, el interfaz con el usuario, basada en DHTML, applets Java y JavaScript, ofrece toda la funcionalidad necesaria para cada tipo de usuarios del sistema: alumnos, profesores y administradores. Los primeros tienen a su disposición los contenidos de las asignaturas en varios formatos: documentos electrónicos imprimibles, videos con presentaciones, contenidos adaptados al web, biblioteca, otros enlaces, lecciones virtuales, tutorías, correo electrónico, tablón de anuncios (news), posibilidad de realizar ejercicios de test corregidos automáticamente, autoevaluaciones y la realización del examen final on-line desde una sala multimedia con acceso controlado.

Para los profesores ofrece la recepción y gestión de tutorías por correo electrónico y videoconferencia, corrección de exámenes y ejercicios, obtención de informes sobre la evolución del alumno, etc. y para los administradores permite el mantenimiento de asignaturas, profesores, matriculación de alumnos, introducción de contenidos, etc.

En la capa intermedia se sitúa el servidor Web que implementa la lógica de negocio en páginas ASP que generan contenidos adaptados al progreso del alumno y/o la localización de éste. Desde aquí es posible la redirección de navegadores a otros servidores de vídeo.

Finalmente, la última capa, la de soporte de la información de gestión (que no contenidos de web, videos, correo, etc.), será un servidor SQL enlazado desde las páginas ASP y automatizado con procedimientos remotos y triggers.

Un aspecto importante de este proyecto y en general de todos los que se realizan a través de Internet es la seguridad. Es necesario que alumnos, profesores y administradores puedan realizar todas las operaciones (sobre todo el envío del login y la password) dentro de un marco seguro de comunicaciones. Esto se consigue en AulaNet gracias al empleo de servidores seguros basados en el protocolo SSL (Secure Sockets Layer), que permite mantener un canal seguro a base de cifrar los datos que se intercambian. Dicho protocolo hace uso de certificados, tanto para el servidor como para el cliente, suministrados por una CA (Autoridad Certificadora), que este caso es la propia Universidad de Oviedo, y que permiten identificar a ambas partes y después negociar cómo se constituirá el canal seguro.

En la implementación de AulaNet se emplea tecnología Microsoft (una de las empresas colaboradoras del proyecto). Se utiliza "Internet Information Server" para la publicación en Internet, "Windows Media" para la transmisión de lecciones virtuales, "NetMeeting" para chat, videoconferencia y pizarra compartida y "SQL Server" para la gestión de la información docente.

Rigoberto Pérez,
dirección de correo rigo [at] aulanet [dot] uniovi.es
Ana Jesús López,
dirección de correo anaj [at] aulanet [dot] es
Alberto M. Fernández,
dirección de correo alb [at] aulanet [dot] uniovi.es
Noelia Somarriba
dirección de correo nsomarriba [at] aulanet [dot] uniovi.es
Universidad de Oviedo

NOTAS:

  1. Se trata de una materia de libre elección en la Universidad de Oviedo y las restantes integrantes del grupo G7: Universidad de Cantabria, Universidad del País Vasco, Universidad de La Rioja, Universidad Pública de Navarra, Universidad de Zaragoza y Universidad de las Islas Baleares.
  2. Una versión previa de la aplicación ADE+ (Análisis de Datos Estadísticos) ha sido desarrollada por Rigoberto Pérez y Ana Jesús López y registrada con licencia 1866 del Registro Provincial de la Propiedad Intelectual de Asturias.