2Do. Congreso De Computación Y Tecnología Educativa

Universidad Autónoma de Querétaro

Facultad de Informática

2do. Congreso de

MEMORIAS Computación y Tecnología Educativa

Querétaro, México, 20-22 Noviembre 2018

Editores: Dra. Ana Marcela Herrera Navarro Dra. Teresa García Ramírez Dra. Diana Margarita Córdova Esparza M.I.S.D. Erika del Río Magaña

Derechos reservados. Edición, Marzo 2019. © Universidad Autónoma de Querétaro ISSN: xxx-x-xxx-xxxxx-x La autorización que aquí se concede sobre este material, es exclusiva para la memoria del 2do. Congreso Nacional de Computación y Tecnología Educativa el cual es difundido por la Facultad de Informática, Universidad Autónoma de Querétaro con domicilio en Av. De las Ciencias S/N, Campus Juriquilla, Querétaro, Qro., México. C.P. 7623, para fines académicos y de investigación.

MIEMBROS DEL COMITÉ REVISOR

Dr. Alexandro Escudero Neón Universidad Autónoma de Querétaro

Dr. Iván Ramón Terol Villalobos Universidad Autónoma de Querétaro

M. en C. Alejandro Romero González Universidad Autónoma de Querétaro

M.S.I Carlos Alberto Olmos Trejo Universidad Autónoma de Querétaro

Dra. Rosa María Romero González Universidad Autónoma de Querétaro

Dra. Rocío Edith López Martínez Universidad Autónoma de Querétaro

Dr. Fausto Abraham Jacques García Universidad Autónoma de Querétaro

Dra. Sandra Luz Canchola Magdaleno Universidad Autónoma de Querétaro

M.S.I José Alfredo Acuña García Universidad Autónoma de Querétaro

Dr. Carlos Eric Galván Tejada Universidad Autónoma de Zacatecas

Dr. Hugo Jiménez Hernández Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial

Dr. Juan Ramón Terven Salinas AIFI Inc.

Dr. Leonardo Barriga Rodríguez Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial

CONTENIDO

Intermodalidad educativa: desarrollo conceptual con una Revisión Sistemática y una Cartografía Conceptual ...... 1 Escudero-Nahón, Alexandro Propuesta de intervención educativa en el Centro de Internamiento para Adolescentes de Pachuca, Hidalgo ...... 13 Ramos Baños Citlali, Barrera Morales Magda Concepción Herramientas Web 2.0 para contar narrativas digitales cronológicas ...... 25 De Fuentes Martínez Alejandro, Escudero-Nahón Alexandro Los portafolios electrónicos como recurso didáctico para la evaluación auténtica en educación media superior ...... 34 Valencia Ramírez Jessica Lizbeth Modelos para el diseño de cursos en la modalidad semi-escolarizada ...... 45 Pacheco Sánchez Gabriela, Rodríguez Aguilera Anna Erika, Xicoténcatl Ramírez Gabriela, Campbell Rodríguez Viviana Michell, Jesús Armando Rincones Propuesta de arquitectura para la integración de tecnologías para el diseño de la enseñanza y aprendizaje semi-escolarizado ...... 53 Rivera López Sofía Amadis, Xicoténcatl Ramírez Gabriela, Rincones Jesús Armando Implementación de la transformada de Hough para la detección y segmentación del iris ...... 65 Paulín Martínez Francisco Javier, Jiménez Hernández Hugo, Lara Guevara Alberto, Rosa María Romero González Análisis de dependencias entre variables de una estación de medición de viento ...... 75 Cantón-Enríquez Daniel, Jiménez-Hernández Hugo Reconstrucción 3D, usando Perfilometría de Transformada Wavelet y variación de número de franjas ...... 84 López Torres Claudia Victoria, Salazar Colores Sebastian,Pedraza Ortega Jesús Carlos, Ramos Arreguin Juan Manuel. Aceves Fernández Marco Antonio, Gorrostieta Hurtado Efrén Compresión de imágenes en paralelo mediante la Transformada Wavelet Discreta, Run Length Encoding y CUDA...... 91 Solís Rosas Adolfo, Canchola Magdaleno Sandra Luz, Del Río Magaña Erika Base de datos para reconocimiento de habla audio-visual ...... 101 Mejía Pérez Kenneth, Perales Soto Pamela, Córdova Esparza Diana Margarita,Romero González Julio Alejandro, Terven Juan, Morales Pacheco Raúl Clasificación de mastografías mediante el uso de redes convolucionales ...... 109 Carrillo Paredes Sergio, Hinojosa Navarro Vania, Herrera Navarro Ana Marcela, Del Río-Magaña Erika Métodos de sustracción de fondo basados en modelos estocásticos ...... 115 Flores-Padilla Deyanira, Jiménez-Hernández Hugo Autenticación de documentos digitales a través de la firma electrónica para una gestión segura 124 Rincón Trujillo Jessica Oferta actual de plataformas para Cloud Computing y sus características ...... 135 Muñoz Mandujano Martin Diseño de una Arquitectura Gateway para Interoperabilidad entre LoRaWAN y OPC-UA...... 142 Caballero Wilbert, Gaona Arturo Estrategia de optimización y repartición de datos de un proceso paralelo distribuido en múltiples GPUs...... 154

González Rodríguez Jaime Rodrigo, Rodríguez García Octavio, Canchola Magdaleno Sandra Luz Optimización de los preprocesos de la Minería de Textos ...... 162 Quillo Espino Jhonathan Habilidades y competencias para establecer el grado de cumplimiento de las propiedades del paradigma orientado a objetos ...... 169 Raquel Mondragón Huerta, Olmos Trejo Carlos Alberto, Torres Jiménez Jorge y Gutiérrez Oliva Juan Pablo. Conceptualización de la Herramienta TIC Scratch y sus Aplicaciones ...... 174 Narváez Díaz Lizzie Edmea, López Martínez Rocío Edith Perspectiva de diseñadores instruccionales sobre los elementos pedagógicos del diseño instruccional para potenciar la construcción de ambientes virtuales de aprendizaje ...... 186 Uribe Olivares Nadia Sarahi, Aldeco García Alejandra, González Basilio Sofía de Jesús , Orza Teresa Diseño y aplicación de una secuencia didáctica en modalidad virtual para la mejora de la comprensión lectora de textos matemáticos en estudiantes universitarios ...... 193 Ruiz Vera Iliana, Olmos Trejo Carlos, Riquelme Odi Juan, Ortiz Flores María Modelo para el diseño de la evaluación en la enseñanza semi-escolarizada a través de la tecnología ...... 204 Campbell Rodríguez Viviana Michell, Rodríguez Aguilera Anna Erika, Xicoténcatl Ramírez Gabriela, Pacheco Sánchez Gabriela. Robótica educativa con LEGO para la enseñanza de los fundamentos de programación en alumnos de primaria ...... 211 Guillén Cuevas Andrea, Mtro. Juan Riquelme Odi, Dr. Juan Carlos Valdés Godines, Mtro. Carlos Alberto Olmos Trejo Estudio de las técnicas actuales de segmentación de imágenes para la detección de cáncer de mama ...... 219 Hinojosa Navarro Vania, Terol Villalobos Iván, García Ramírez Teresa

Intermodalidad educativa: desarrollo conceptual con una Revisión Sistemática y una Cartografía Conceptual

Escudero-Nahón, Alexandro [email protected]

Resumen La incorporación de la tecnología digital en las universidades provocó que la clasificación tradicional de los modelos educativos sufriera una transformación radical. Esta transformación fue resultado, principalmente, de los hábitos de acceso y uso de la tecnología digital por parte del alumnado, que utiliza diversas aplicaciones de aprendizaje. Esta transformación de modelos educativos se desarrolló en dos fases. Primero, se consolidó una fase llamada “Multimodalidad Educativa”, que refiere a la reorganización que experimentaron las universidades al diseñar y hacer convivir múltiples modelos educativos para aprovechar las ventajas de la tecnología digital. Sin embargo, diversos estudios han demostrado que el acceso y el uso de la tecnología digital por parte del alumnado provoca una suerte de “mezcla a conveniencia” que las personas hacen de todos los modelos educativos institucionalizados y de otros no institucionalizados. Por eso, una segunda fase de transformación conceptual y organizativa de los modelos educativos podría ser titulada “Intermodalidad Educativa”, y se caracterizaría por poner las estrategias de aprendizaje propias de todas las modalidades educativas a disposición de cada persona para que diseñe su ambiente personal de aprendizaje. Con el objetivo de desarrollar conceptualmente el término “Intermodalidad Educativa”, esta investigación en curso propone la articulación de dos métodos de investigación documentales de carácter cuantitativo y cualitativo: la Revisión Sistemática y la Cartografía Conceptual. El resultado sería identificar si el término “Intermodalidad Educativa” es pertinente para explicar y proyectar una línea de investigación y desarrollo sobre tecnología educativa que colabore en el diseño de ambientes personales de aprendizaje.

Palabras clave: Cartografía Conceptual, Intermodalidad Educativa, Investigación documental, Revisión Sistemática.

1. Introducción gozaban de servicios educativos y para Históricamente, la incorporación de la mejorar las oportunidades de aprendizaje tecnología educativa en la educación de las que sí (Gros, 2018; Rama, 2015; formal ha tenido como objetivo principal Vega, 2006; Yong & Nagles, 2017). desarrollar procesos de enseñanza- Dicho objetivo, por lo tanto, ha aprendizaje sin coincidencia física en un evolucionado estrechamente con la mismo espacio áulico, ni coincidencia evolución de la tecnología de punta. Los sincrónica en el tiempo con el objetivo de especialistas distinguen cinco etapas de favorecer a diversas poblaciones que no

evolución de la tecnología educativa (ver Actualmente nos encontramos en una Figura 1). La primera etapa fue fase donde es necesario reformular una eminentemente epistolar y se basó en el nueva perspectiva sobre el aprendizaje envío de materiales impresos a domicilio; porque ahora es posible y deseable que la segunda etapa se sirvió de la tecnología las personas diseñen sus propios electrónica. Estas dos primeras etapas ambientes de aprendizaje usando, son propiamente analógicas y, aunque principalmente, aplicaciones educativas facilitaron la gestión del tiempo y el de las webs 2.0 y 3.0 (Henning & Escofet, espacio, presentaron varias limitaciones 2015; O’Byrne & Pytash, 2015). para el diseño de ambientes personales Esta nueva perspectiva sobre el de aprendizaje porque el acceso a los aprendizaje y esta confluencia de objetos de aprendizaje y su intercambio modalidades educativas están era difícil. provocando una transformación profunda en los roles tradicionales de profesor y estudiante, en el acceso, uso y diseño del material didáctico, en los procedimientos escolares, en las técnicas didácticas y en los criterios de evaluación educativa. En fin, está provocando una reflexión sobre los propósitos mismos de la educación y Figura 1. Etapas de evolución tecnológica de la tecnología educativa. Fuente: elaboración propia basada en Yong & al mismo tiempo una necesidad de Nagles (2017). diseñar modelos inéditos al respecto. Desde la aparición de la tecnología Lo anterior ha provocado que las digital y el internet, se transformó de instituciones educativas más progresistas manera inédita el acceso a materiales consideren el diseño de nuevos para el aprendizaje (Chan, 2012; Yong & programas educativos aprovechando las Nagles, 2017). A partir de la tercera fase, características de la tecnología digital, que fue propiamente digital, y hasta el día puesto que ya no es útil limitar la práctica de hoy que nos encontramos en una etapa educativa al espacio cerrado del aula, al aún emergente que utiliza aplicaciones de libro de papel y a la clase magistral, como la web semántica (web 3.0), se ha métodos únicos de enseñanza. potencializado el acceso e intercambio de cantidades ingentes de datos con Desde un punto de vista educativo, la aplicaciones basadas en la inteligencia incorporación de la tecnología digital en la artificial, los dispositivos móviles, el educación formal ha pasado por internet de las cosas, la tecnología “en la diferentes etapas (Cabero, 2012): nube”, el “big data”, la realidad E-learning 1.0: Cursos sincrónicos, por aumentada, entre otras (Buchem & Pérez- medio de un aula virtual a través de un Sanagustín, 2013; Rivas & Delgado, Sistema de Gestión de Aprendizaje. 2016). Incorporación de la plataforma para la

extensión de la formación, el profesor es ● Transformación en las pruebas de experto y la información homogénea. En rendimiento, es decir la forma en la esta primera generación se hace una que se evalúa. adaptación de los materiales textuales a En efecto, desde finales del siglo pasado formatos web. uno de los temas más importantes en el E-learning 2.0: Actividades por campo de la tecnología educativa es el microcontenidos desarrollados por el diseño de modelos educativos que profesor mediante un Sistema de Gestión incorporan aplicaciones tecnológicas de de Contenido de Aprendizaje. Los las webs 2.0 y 3.0 con el objetivo de componentes del software entran en promover el aprendizaje autónomo y funcionamiento, pero las visiones personalizado (OECD, 2015b). pedagógicas siguen siendo las mismas. Lo anterior ha provocado que las En la segunda generación se realza la instituciones de educación superior hayan importancia de la búsqueda del mejor realizado reorganizaciones de todo tipo campus virtual. para diseñar nuevos modelos educativos E-learning 3.0: Herramientas que facilitan donde las condiciones de tiempo y la creación de contenidos, herramientas espacio no sean un obstáculo para de software social para interacción. Se aprender, donde las fuentes y los usan herramientas de la Web 2.0 y el materiales de aprendizaje sean digitales, estudiante adquiere su propio y donde el profesor se convierta en un aprendizaje. La tercera generación se gestor del aprendizaje (Alcoceba, 2013; apoya en la colaboración y la flexibilidad. OEI/OCDE/IPN, 2017). Por eso, se puede concluir que todas Estas reorganizaciones han sido, estas fases por la que ha pasado la principalmente, administrativas y educación a distancia deben llevar a educativas y fueron tituladas, en un primer (OECD, 2015a): momento como “Sistemas Multimodales” (Calderón, 2012; E. E. García & Calderón, ● Pasar de recepción de información a la 2009; Guzmán & Escudero, 2016b, participación para obtener conocimientos. 2016a). En cuanto al término “Multimodalidad”, los ● Del control total del profesor a la especialistas han dicho que su definición reflexión del alumno. alude a “la idea de que pueden existir ● Pasar de un enfoque centrado en diferentes modos para instrumentalizar productos a otro de procesos para el los procesos de enseñanza/aprendizaje desempeño y la competencia. en materia de tiempos, espacios (físicos ● Ir desde la planificación educativa para como la escuela o digitales en la red) y los alumnos, hacia la planificación acción educativa” (E. E. García & educativa que hagan los alumnos. Calderón, 2009, p. 5).

En otras palabras, la “Multimodalidad conveniencia” que las personas hacen de Educativa” fue una forma de agrupar las todos los modelos educativos diferentes modalidades educativas a institucionalizados y de otros no través de un sistema de educación que es institucionalizados (Escudero, 2016; Gros, un soporte de los canales y plataformas, 2012). virtuales o reales, donde convergen La segunda fase de la transformación modelos, enfoques y estilos de conceptual y organizativa de los modelos aprendizaje equiparables para la educativos podría ser diseñada con una construcción de las trayectorias escolares noción de “Intermodalidad Educativa”, y de una institución educativa. se caracterizaría por poner las estrategias Hasta ahora, la mayoría de las de aprendizaje propias de todas las investigaciones sobre tecnología modalidades educativas a disposición de educativa han puesto el acento en cada persona para que diseñe su demostrar que los beneficios de diseñar ambiente personal de aprendizaje, sin múltiples modelos educativos, es decir, de importar tanto la clasificación del modelo diseñar “Sistemas Multimodales” justifica educativo, a saber, a distancia, los costos económicos (Escudero, 2017). presencial, en línea, virtual, mixto, Si bien las carencias financieras y etcétera, sino la posibilidad de ofrecerle a materiales, como la falta de equipamiento los usuarios lo mejor de cada modelo o la débil conectividad, suelen ser cuando lo requiera. limitantes para desarrollar modelos Destacan las declaraciones que hizo educativos que incorporen tecnología Michael B. Horn, cofundador del think tank educativa, en los últimos cinco años las estadounidense Clayton Christensen condiciones materiales para la Institute for Disruptive Innovation, a conectividad han mejorado en México propósito de una entrevista sobre las (Inqro.com, 2016). características que tendrían las Debido a lo anterior, desde hace décadas universidades disruptivas: “Son aquellas la atención está puesta en el diseño de en las que se aprende en cualquier modelos educativos que incorporan momento y en cualquier lugar. Pueden tecnología educativa digital para formar tener exámenes, pero estoy a favor de un las competencias digitales en el aprendizaje interactivo con controles profesorado, planear procedimientos de regulares que indiquen en tiempo real lo uso de la tecnología y permitir que los aprendido (…), No hacen falta grandes usuarios transiten entre modelos campus sino espacios flexibles" educativos con flexibilidad, versatilidad y (Sanmartín & Yanke, 2018). rapidez (Vásquez & Findikoglu, 2011). El desafío consiste en transitar de la Además, diversos estudios han “Multimodalidad Educativa” hacia una demostrado que el acceso y el uso de la “Intermodalidad Educativa”, que sería una tecnología digital por parte del alumnado reorganización administrativa y educativa resulta en una suerte de “mezcla a que admita prácticas educativas flexibles,

donde el alumnado pueda diseñar su Por eso, a partir de la década de los propio entorno personal de aprendizaje de ochenta surgieron los primeros manera autónoma e independiente, pero procedimientos para realizar Revisiones avalado por la institucionalidad educativa. Sistemáticas y el día de hoy es un método 2. Objetivo y métodos de de investigación documental aceptado por la academia para identificar con claridad investigación el “estado de la cuestión” de temáticas Con el objetivo de desarrollar particulares y, a partir de esos resultados, conceptualmente el término construir marcos teóricos pertinentes “Intermodalidad Educativa”, esta (véase, por ejemplo: Escudero & Juvera, investigación en curso propone la 2018; A. García & Escudero, 2018). articulación de dos métodos de La Revisión Sistemática es un tipo investigación documentales de carácter cuantitativo y cualitativo: la Revisión de investigación científica útil para revisar Sistemática y la Cartografía Conceptual. la literatura científica sobre un tópico partiendo de una pregunta formulada de El objetivo es identificar si el término forma clara y objetiva, utilizando “Intermodalidad Educativa” es pertinente métodos sistemáticos y explícitos para para explicar y proyectar una línea de localizar, seleccionar y valorar investigación y desarrollo sobre críticamente las investigaciones tecnología digital educativa que colabore relevantes. en el diseño de ambientes personales de aprendizaje avalados por la Para lograr lo anterior es necesario aplicar institucionalidad educativa. procedimientos sistemáticos para la recogida de datos sobre resultados de 2.1. La Revisión Sistemática. investigaciones empíricas y documentales Hasta hace relativamente poco tiempo, con el objetivo de formular conclusiones la revisión de la literatura científica válidas y objetivas sobre qué es lo sobre tópicos educativos era un proceso que dicen las evidencias sobre el tópico basado en la disciplina propia del revisor en cuestión (Sánchez-Meca, 2010). y, por lo tanto, no existían unas normas El procedimiento para una revisión estandarizadas que garantizaran su sistemática es el siguiente (Sánchez- rigurosidad. Conforme se produjo un Meca & Botella, 2010): incremento exponencial del volumen de estudios empíricos que se publican sobre a) Formulación de una pregunta de cualquier ámbito, en general, pero sobre investigación; la educación, en particular, fue necesario b) Criterio de inclusión y exclusión de diseñar ciertos procedimientos estudios en bases de datos científicas; estandarizados para realizar revisiones c) Depuración de los estudios obtenidos; sistemáticas (Gisbert & Bonfill, 2004; Leary & Walker, 2018; Sánchez-Meca, d) Codificación y análisis de los 2010). resultados.

1) Las preguntas de investigación que El carácter cuantitativo de estos se aplicarán son: ¿Qué resultados resultados se evidencia en la medida que ha generado la investigación pueden hacerse mediciones respecto, por empírica y la documental respecto ejemplo, el número de textos publicados a la evolución de los modelos por año, o el número de textos por revista. educativos? ¿Qué evolución en los El carácter cualitativo se evidencia en la modelos educativos ha detectado medida que se construyen categorías de la investigación empírica y la análisis que apoyan al proceso de la documental? Cartografía Conceptual. El resultado final 2) Criterio de selección de estudios en es la descripción detallada del “estado de bases de datos científicas. Se la cuestión” y la “frontera del realizará una revisión conocimiento”. Mientras el “estado de la sistemática en las bases de datos cuestión” puede entenderse como la Scielo (Web of Science), producción científica vigente en una ScienceDirect y Springer con los disciplina de estudio, la “frontera del siguientes términos: (“model* conocimiento” hace alusión a qué se sabe educat* OR educat* model*) AND sobre una disciplina de estudio y qué falta (tech* educat* OR educat* tech*) saber para resolver problemas propios de Se acotará la búsqueda a los la disciplina de estudio en cuestión (Dalle, estudios empíricos y documentales Boniolo, Sautu, & Elbert, 2005). publicados entre 2009 y 2018. Se eligió esta década para analizar la 2.2. La Cartografía Conceptual. literatura especializada más actual. En las ciencias de la educación existen 3) Respecto a la depuración de los diversas propuestas teórico- estudios, el procedimiento será el metodológicas respecto a qué elementos siguiente: del total de textos deben tomarse en cuenta y bajo qué obtenidos, se escogerán aquellos procedimientos se puede acuñar un que tengan disponible en línea, por concepto para que sea considerado como lo menos, el resumen y las tal (Novak & Gowin, 1998). palabras clave. Han destacado, principalmente, dos 4) En la fase de codificación y análisis estrategias para crear conceptos: los se aplicará el proceso de Mapas Conceptuales y los Mentefactos codificación propio de la Teoría Conceptuales. Fundamentada, que consiste en construir categorías de análisis en Los Mapas Conceptuales han sido más el propio campo de estudio a partir útiles, no obstante, para analizar de tres fases: codificación abierta, conceptos que para crearlos. Esta codificación axial y codificación estrategia ha demostrado ser muy usada selectiva (Bryant, 2017; Gibson & para comprender las relaciones Hartman, 2014). conceptuales en las teorías, pero esto no

es suficiente para construir la estructura espaciales. Su objetivo es servir de apoyo específica de éstos (Tobón, 2004, p. 4). en la construcción del “saber-conocer” Por su parte, los Mentefactos dentro del marco general de la formación Conceptuales son una estrategia que de competencias cognitivas (Tobón, 2004, explicita que un concepto requiere cuatro p. 11). proposiciones centrales para ser Para cumplir con lo anterior es necesario considerado como tal: supraordinación, el análisis del término en cuestión en, por infraordinación, isoordinación y exclusión lo menos, los siguientes ejes analíticos: (De Zubiría, 1998). (Noción, Categorización, Caracterización, Ambas estrategias para la formación de Diferenciación, Clasificación, Vinculación, conceptos, no obstante, parten de la Metodología, Ejemplificación) (Tobón, 2004). construcción del conocimiento desde la fragmentación y la linealidad, La Cartografía Conceptual aporta un imposibilitando la comprensión integral método preciso para construir conceptos del mismo (Tobón, 2004). académicos y comunicarlos dando cuenta Por lo anterior, la Cartografía Conceptual de sus relaciones y organización, lo cual propone una estrategia de formación de posibilita el proceso de la comprensión. conceptos que parte de un nuevo enfoque Este método de investigación realiza epistemológico que posibilita la análisis conceptuales sistemáticos para vinculación entre las partes para la determinar los ejes claves de un término construcción comprensiva de conceptos. previamente determinado. El objetivo Este nuevo enfoque requiere nuevos principal de la Cartografía Conceptual es procedimientos para abordar la clarificar y delimitar un concepto al construcción de conceptos. momento que lo construye (Ortega- Considerando que la construcción de Carbajal, Hernández-Mosqueda, & conceptos es un proceso permanente, Tobón, 2015b, 2015a). nunca acabado, acorde con los cambios Para cumplir con lo anterior busca, sociales y culturales que influyen en el sistematiza, analiza, construye y lenguaje de las ciencias, para elaborar comunica conceptos con base en conceptos es necesaria la categorías de análisis llamadas ejes transdisciplinariedad, lo cual implica que analíticos. la comprensión de un término científico en Para abordar el desarrollo de cada eje se toda su complejidad trasciende los límites intentará responder algunas preguntas estrechos de una sola disciplina. básicas (Tobón, 2012) (ver Tabla 1). La Cartografía Conceptual es una Tabla 1. Ejes de la Cartografía Conceptual. estrategia de construcción y de Eje de análisis Pregunta central comunicación de conceptos basada en el 1. Noción ¿Cuál es la etimología del pensamiento complejo, mediante concepto Intermodalidad aspectos verbales, no verbales y

Educativa, su desarrollo histórico y publicado por año sobre el tema en la definición actual, si existiera? cuestión. 2. Categorización ¿A qué categoría mayor pertenece el concepto Intermodalidad Qué revistas han publicado textos sobre Educativa? estudios de modelos educativos e 3. Caracterización ¿Cuáles son las características centrales del concepto incorporación de la tecnología digital. Intermodalidad Educativa? Qué disciplinas de estudio han abordado 4. Diferenciación ¿De qué otros conceptos similares se diferencia el concepto más los estudios de modelos educativos e Intermodalidad Educativa? incorporación de la tecnología digital. 5. Clasificación ¿En qué subcategorías se clasifica Qué países tienen experiencias sobre el concepto Intermodalidad Educativa? modelos educativos consolidados e

6. Vinculación ¿Cómo se vincula la incorporación de la tecnología digital. Intermodalidad Educativa con determinadas teorías, procesos 3.2. Datos cualitativos sociales-culturales y referentes epistemológicos que estén por Por otra parte, es necesario obtener fuera de la categoría? datos de carácter cualitativo que nos 7. Metodología ¿Cuáles son los elementos permitan generar categorías de análisis metodológicos mínimos que implica el abordaje de la Intermodalidad para desarrollar conceptos. Así, se Educativa? intentará obtener: 8. Ejemplificación ¿Cuál podría ser un ejemplo relevante y pertinente de aplicación Qué objetivos han tenido la mayoría de las del concepto Intermodalidad investigaciones empíricas y documentales Educativa? sobre modelos educativos e incorporación Fuente: elaboración propia basada en Ortega- de la tecnología digital. Carbajal et al. (2015a). Qué métodos de investigación han 3. Resultados esperados aplicado la mayoría de las investigaciones Al articular dos métodos de empíricas y documentales sobre modelos investigación documental de carácter educativos e incorporación de la cuantitativo y cualitativo se espera tecnología digital. obtener los siguientes tipos de datos: Qué instrumentos de recolección de datos 3.1. Datos cuantitativos han usado la mayoría de las Cuántos textos se han generado desde investigaciones empíricas y documentales 2009 hasta el 2018 respecto a los estudios sobre modelos educativos e incorporación de modelos educativos e incorporación de de la tecnología digital. la tecnología (artículos de investigación, Qué población se ha estudiado más en la memorias de congreso, notas de prensa, mayoría de las investigaciones empíricas libros, capítulos de libro, revisiones). y documentales sobre modelos Cuántos artículos de investigación, educativos e incorporación de la memorias de congreso, notas de prensa, tecnología digital. libros, capítulos de libro, revisiones se han

Qué hallazgos relevantes se han obtenido genera un “estado de la cuestión” bien en las investigaciones empíricas y definido que nos permite identificar dónde documentales sobre modelos educativos se ubica la “frontera del conocimiento” e incorporación de la tecnología digital. sobre el tema en cuestión. Qué categorías de análisis relevantes se Por su parte, los principios de la han obtenido en las investigaciones Cartografía Conceptual, permite la empíricas y documentales sobre modelos construcción de conceptos con un educativos e incorporación de la proceso continuo acorde a los cambios tecnología digital. sociales y culturales que influyen en el Qué instrumentos, procedimientos o lenguaje de las ciencias y, por eso, índices de medición relevantes se han considera la transdisciplinariedad a través de ocho ejes analíticos mínimos: Noción, obtenido en las investigaciones empíricas y documentales sobre modelos Categorización, Caracterización, educativos e incorporación de la Diferenciación, Clasificación, Vinculación, tecnología digital. Metodología y Ejemplificación. En suma, desarrollo conceptual con una 4. Conclusiones preliminares Revisión Sistemática y una Cartografía Ante las transformaciones que la Conceptual sería el primer paso para tecnología educativa ha provocado en los identificar si el término “Intermodalidad tradicionales modelos educativos, es Educativa” es pertinente para explicar y necesario identificar nuevos problemas, proyectar una línea de investigación y nuevos objetos de estudio y nuevos desarrollo sobre tecnología educativa que conceptos para abordar tal desafío. colabore en el diseño de ambientes Este proceso creativo requiere de ciertos personales de aprendizaje. métodos de investigación y de Posteriormente, será necesario iniciar presentación de los datos obtenidos para investigación empírica para obtener datos que la comunidad científica pueda en el campo propiamente educativo y explicar y proyectar una línea de diseñar la “Intermodalidad Educativa”. investigación y desarrollo sobre tecnología educativa que colabore en el Referencias diseño de ambientes personales de Alcoceba, J. (2013). Juventud, tecnologías de aprendizaje. la información y cambio social. Perspectivas y escenarios para la Tomando en cuenta los principios de la socialización y la participación. En F. Revisión Sistemática, es posible formular Sierra (Ed.), Ciudadanía, Tecnología y preguntas de investigación y buscar en las Cultura, nodos conceptuales para pensar bases de datos científicas la literatura la nueva mediación digital (pp. 181–209). especializada en el tema de modelos Barcelona: Gedisa. educativos e incorporación de tecnología Bryant, A. (2017). Grounded Theory and digital. El resultado de este procedimiento Grounded Theorizing: Pragmatism in

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12 Propuesta de intervención educativa en el Centro de Internamiento para Adolescentes de Pachuca, Hidalgo

Ramos Baños Citlali1, Barrera Morales Magda Concepción2 [email protected], [email protected] 2

Resumen Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC), así como sus interacciones, coadyuva a la configuración de nuevos escenarios educativos y formativos, que ya no se limitan a un salón de clases, a partir de ello la incorporación de TIC ha posibilitado, no solo herramientas, sino espacios de colaboración y de inclusión social. El objetivo que persigue esta intervención educativa se orienta hacia la incorporación de TIC para la construcción de esos espacios en el Centro de Internamiento para Adolescentes (de aquí en adelante CIA) de Pachuca, Hidalgo. Las líneas de acción interventiva se estructuran a partir de tres actividades: 1) el “Taller de ofimática básica” llevado a cabo con las usuarias, 2) la configuración de una “Plataforma de Seguimiento Psicosocial – Educativa”, para concatenar la información de cada uno de los internos y desarrollar, a partir de ello, rutas de seguimiento personalizadas e integrales, y 3) el diseño de un curso en línea para fortalecer la práctica docente.

Palabras clave: Centro de Internamiento para Adolescentes, educación, inclusión social.

1. Introducción tiene una finalidad trascendental: la Las intervenciones e investigaciones inclusión social. educativas que se hacen en contextos de Pese a ello, se puede sostener que los encierro son desarrolladas, en la mayoría procesos educativos para adolescentes en de ocasiones, en espacios destinados a contexto de encierro, han sido omitidos por los adultos; esto en alguna medida puede las políticas educativas nacionales, por deberse a que la educación para menores ejemplo, la Reforma Educativa de 2016, de edad en situaciones de encierro se puntualiza sobre la importancia de la considera constitucionalmente como inclusión, refiere con esto a poblaciones derecho y como obligación, esto da por vulnerables como grupos indígenas y sentado de que las instituciones jóvenes con necesidades especiales, encargadas tienen que impartirla, y de entre otros, pero en ningún momento hecho lo hacen; esto omite, sin embargo, alude a los adolescentes internados en que la educación no se limita a la CIA, evidenciando la invisibilización de impartición de clases, debe considerarse este grupo poblacional y la falta de interés como un proceso complejo que involucra público por los servicios educativos que se aspectos psicosociales, culturales, les proporcionan. políticos, entre otros, y que, en el caso de De esta observación surge la los adolescentes en conflicto con la ley, intencionalidad principal de esta propuesta

de intervención, que consiste en a las necesidades identificadas; las cuales implementar TIC como un puente hacia la están directamente relacionadas con el inclusión social, mediante el desarrollo de seguimiento y tratamiento de cada uno de acciones que propicien la participación, los internos. cooperación e interacción, a partir de la 2. Metodología mejora de los procesos educativos. Las revisiones teóricas realizadas para La intervención se posicionó en una sustentar la propuesta de intervención, perspectiva sociocrítica, que pretende no han permitido dar cuenta de la complejidad sólo el conocimiento de la realidad sino su de la problemática educativa que se vive transformación por medio de la reflexión en el CIA, la cual se estructura a partir de sobre las acciones y situaciones sociales, condiciones multifactoriales y a partir del involucramiento de los agentes multidimensionales, por lo que se constata que participan de la realidad que se quiere que para lograr los propósitos cambiar (Bisquerra, 2004). Este interventivos hay que considerar la paradigma, apunta a transformar posibles educación en términos amplios e prácticas educativas distorsionadas, para integrales; en ese sentido es que se generar procesos de cambio y liberación, desarrollaron acciones que involucran las a través de la construcción de una distintas áreas de la institución y se conciencia colectiva. enfocan en los distintos actores que El método que responde mejor a las participan en ellas, con énfasis especial en intenciones y objetivos de la propuesta es los docentes. el de investigación-acción, que propone Los beneficios esperados de la aplicación una relación dinámica entre investigación, de la intervención son en varios sentidos, acción y formación, como puente hacia el respecto a los internos se espera que conocimiento y el cambio (Bisquerra, adquieran habilidades digitales que les 2004); los pilares de este proceso son los permitan tener mayor participación social participantes, el entorno natural y la a su egreso, facilitandoles herramientas metodología cualitativa que conduce al que les permitan continuar sus estudios o análisis-intervención (Álvarez, 2003). ingresar al mercado laboral; respecto a los Carr y Kemmis (1988), mencionan que la docentes se espera que adquieran investigación acción tiene tres focos de herramientas técnicas y didácticas para indagación primordiales: la práctica ejercer la docencia en contextos de educativa, la comprensión que los encierro; en términos institucionales se participantes tienen sobre la misma, y la espera mayor sensibilización sobre los situación social en la que tiene lugar alcances y fines de los procesos (Bisquerra, 2004). El presente proyecto se educativos. aboca al tercer foco. Para lograr esto, se requiere de acciones colaborativas, esto es con la intervención Cabe mencionar que esta metodología se de los agentes implicados, es por ello que caracteriza por proponer un proceso esta investigación ha ido dando soluciones cíclico y flexible, que permite organizar

etapas no lineales, esto implica la Tabla 1. Plan de acción. posibilidad de trabajar en ellas de acuerdo Acciones Se obtendrá a las necesidades resultantes de la constante reflexión generada por la 1.- *El ingreso al CIA. interacción que se tiene con los sujetos en Impartición *Interacción con el personal y su vida cotidiana. del curso de con los internos. ofimática Observación participante y el El modelo que se empleó es el de Elliott básica en el registro de un diario de campo (1993), que toma como referencia el área femenil. que dé cuenta de los sucesos, modelo cíclico de Lewin y contempla las hechos y hábitos con relación a la educación, TIC e inclusión siguientes fases: social. ● Identificación de una idea general, en *Estructuración de las categorías esta etapa se describe el problema. de análisis para la elaboración ● Exploración o planteamiento, acciones de un cuestionario para aplicarse que hay que realizar para cambiar la a los adolescentes en internamiento y guías de práctica, entrevistas para el personal ● Construcción del plan de acción, administrativo del CIA. elementos que la conforman: puesta en marcha del primer paso en la 2.- *El cuestionario, que se aplicó acción, la evaluación y la revisión del Elaboración consto de 12 ítems, teniendo de plan general (Latorre, 2003, p. 36). de categorías: aspectos Por la naturaleza de la intervención cuestionario sociodemográficos, educación y se decidió aplicar el modelo antes descrito, y de manejo de TIC. entrevistas. y se aplicó de la siguiente manera: *Las entrevistas 2.1. Identificación de la idea inicial: semiestructuradas, fueron dos diferentes uno para el personal Con la indagación documental que se administrativo de 36 ítems y el realizó se detectó que era necesario el otro para el director y jueces incorporar las TIC en los procesos ejecutores que fue de 16 educativos para fortalecer procesos de preguntas, como categorías de análisis se incluyeron: inclusión social en contextos de encierro, expectativas, motivación. a fines de esta investigación se realiza en el Centro de Internamiento para Adolescentes de Pachuca, Hgo. 3.- Aplicación *Se aplicó el cuestionario a los del internos del CIA, de ahí se 2.2. Reconocimiento y plan de acción: cuestionario obtuvieron datos cuantitativos y cualitativos, más adelante se Al tener con precisión lo que se dan a conocer el análisis atenderá, se elaboró un plan de acción, el derivado de esto. cual se describe:

4.- Aplicación *Con lo analizado de lo que 6.- Diseño, Se está desarrollando la de las derivaron las entrevistas, se desarrollo e propuesta de un curso en línea, entrevistas. detectaron las necesidades, implementaci contará con temáticas sobre dentro de estas se configuró una ón educación para la paz, base de datos en donde se adicciones, intervención en crisi; concatena la información de se recuperará las vivencias y cada uno de los usuarios del experiencias que han tenido centro. ellos para concientizar la importancia de su función y de la inclusión social a partir del trato 5.- Diseño de Este gestor de información, está que requieren los internos. la conformado por cinco “Plataforma formularios: psicología, Fuente: Elaboración propia. de pedagogía, trabajo social, seguimiento jurídico e identificación. Las fases descritas han permitido tener psicosocial – Cada uno de los apartados mayor conocimiento de la situación que educativo de contiene la información de los viven los adolescentes en internamiento y los internos internos y tiene como finalidad todo esto tiene la finalidad de contribuir en del CIA, de atender lo que indica la Ley Pachuca – Nacional, sobre la incorporación la mejora de las condiciones de vida al Hgo.” de expedientes electrónicos. momento de su egreso. Se prevé que con esta base de 2.3. Técnicas e instrumentos datos, el seguimiento sea personalizado y el tratamiento Con relación a las técnicas e individualizado se monitoree con instrumentos empleados, se trabajó facilidad. mediante la observación participante que 6.- Se les dará un curso de permitió la elaboración de un diario de Capacitación capacitación para el uso y campo, del cual se derivaron categorías del personal manejo de la plataforma. que orientaron el diseño de entrevistas para el uso de la semiestructuradas y cuestionarios. La plataforma. observación participante se realizó a partir de un curso de ofimática impartido en el 7.- Se realizaron 9 entrevistas que área femenil, que constituyó un primer Entrevistar al equivale al 100% de la planta personal docente que actualmente tiene el acercamiento al interior del CIA, esta docente del CIA, de esto derivo una serie de técnica permitió tener una mirada de los CIA. necesidades encaminadas al eventos cotidianos, al propiciar la fortalecimiento de competencias participación del observador con la sobre el manejo de conflictos en comunidad, imbricándose en la realidad conductas que presentan los adolescentes en internamiento. social con la intención de comprender su cultura y su estilo de vida (Bisquerra, 2004).

La información recabada mediante la permitió obtener información organizada observación participante requirió de dos en las siguientes categorías: experiencia tipos de sistemas: 1) descriptivo, que educativa, motivación, expectativas y implica: el identificar el problema y propuestas de mejora. Para los segundos establecer categorías, lo observado se se desarrolló una entrevista que consideró registra en un diario de campo. 2) las siguientes categorías: retrospectiva, narrativo, consistente en detallar con adolescentes y necesidades que tiene el precisión lo que acontece en el CIA. En el CIA. diario de campo se recuperaron: Con respecto, a los adolescentes se les descripciones del contexto, lugar, aplicó un cuestionario, el cual puede ser participantes, relaciones y eventos, considerado como una entrevista secuencias de hechos y estructuras altamente estructurada que se realiza organizativas de la institución. prescindiendo de la presencia cara a cara El diario de campo, es una especie de del investigador, además consta de un diario personal, donde además se repertorio de preguntas de diverso tipo, incluyen: consideradas relevantes sobre el 1. Las descripciones del problema que se desea estudiar y que se ambiente a contexto. Se describen aplica cuando el grupo de sujetos es lugares y participantes, relaciones numeroso, con un bajo coste de tiempo y y eventos, todo lo que juzguemos esfuerzo, manteniendo un formato común relevante para el planteamiento. en las preguntas (Navarro, 2017). 2. Mapas (del contexto en general y de lugares específicos) 3. Resultados 3. Diagramas, cuadros y Algunos indicios del análisis, el CIA es esquemas (secuencias de hechos) el único centro de reclusión para Vinculaciones entre conceptos del planteamiento, redes de personas, adolescentes en el estado de Hidalgo, los organigramas, etc.). (Hernández, lugares de procedencia de los internos son 2006, p.380). diversos. El 54% son oriundos de También se trabajó la técnica de entrevista municipios de Hidalgo; 33% originarios de semiestructurada, que permitió estados colindantes con el estado, y sólo profundizar en el conocimiento de la 13% de Pachuca. realidad del CIA desde las voces de sus Con relación a la edad cumplida, cabe actores, en tanto coadyuva “En entender destacar que la estancia de los el mundo desde la perspectiva del adolescentes en el CIA es a partir de los entrevistado y desmenuzar los 14 años; sin embargo, también habitan significados de sus experiencias” (Álvarez, jóvenes mayores de edad, a quienes se 2003, p.109). les ha comprobado que la comisión del Se estructuraron dos versiones, una para delito fue cuando eran menores de edad, el personal administrativo, otra para el el promedio de edad es 18 años. director y jueces ejecutores, para los La población que habita actualmente en el primeros se desarrolló una entrevista que CIA se compone de 23 varones, que

corresponde al 85.1% de la población disfuncionales, tienen problemas de total, y 4 mujeres, que conforman el adicción alcoholismo, baja autoestima, 14.8%. El 50% de la población es mayor problemas de aprendizaje y comunicación. de edad, el 92 % están internos por delitos Haciendo referencia, a las condiciones en del fuero común, el restante 7.4 % están las cuales vivían los adolescentes antes internos por delitos del fuero común. de su ingreso al CIA, las problemáticas El cuestionario que les fue aplicado y la que guardan en su seno familiar, la base de datos que se configuró vulnerabilidad de la cual son objeto, son “Plataforma de Seguimiento Psicosocial – constantes determinantes para cometer Educativo para los internos del CIA”, han algún delito. dado los elementos para saber que La permanencia en el CIA no es ajena a provienen en su mayoría de familias esa exclusión y marginación que vivían en monoparentales y vivieron una situación su entorno inmediato, el centro sigue económica precaria. De hecho, 55% de los siendo para ellos un espacio con múltiples adolescentes no estudiaba antes de su desventajas y carencias desde que no internamiento, 18% sólo se dedicaban a cuentan con lo mínimo indispensable para estudiar mientras que 27% combinaban el tener un óptimo desarrollo, entre esto se trabajo con la escuela, las actividades que destaca la insuficiencia en la desarrollaban: ganadería, campo, infraestructura del centro, las áreas de los hojalatería, mecánica o como empleados salones de clases, dormitorios varoniles y de mostrador. Este tipo de actividades biblioteca tienen goteras al ser los edificios laborales no formales no tienen cobertura viejos y sin mantenimiento, las de seguridad social ni la posibilidad de computadoras además de ser ejercer derechos como: vacaciones, insuficientes en cantidad son obsoletas y maternidad, utilidades (INEGI, 2008). sin acceso a internet, el acervo En general son jóvenes que desde sus bibliográfico es caduco, desactualizado y hogares han vivido condiciones además no lo prestan para llevárselo y marginales y con carencias económicas, leerlo en su dormitorio sólo es para que lo prácticamente el 75% son de lugares consulten en el área de biblioteca, con rurales, sus padres desempeñan trabajos relación a la oferta educativa el CIA en la informales, vivían en contextos administración pasada la cual concluyó en vulnerables y de exclusión social al no el mes de Abril de 2018, ofrecía los niveles contar con derechos garantes como: básicos en modalidad presencial con educación y trabajo dignamente relación a la superior se limitaba a una remunerado. licenciatura, no había talleres que les Además de esas carencias de calidad de dieran habilidades para desempeñarse en vida mínimas indispensables que atañen sectores laborales prácticamente carecían al bienestar social, se aúnan las carencias de una formación integral. Actualmente, de tipo afectivas, la mayoría de estas condiciones han mejorado el adolescentes que habitan el CIA de Director actual se ha dado a la tarea de Pachuca son provenientes de hogares hacer convenios permanentes esto es,

que aunque haya cambio de personal en procurar que los internos a su egreso la dirección esto sea inamovible, al día de tengan herramientas que les posibiliten hoy se oferta el nivel básico de manera para tener un proyecto de vida diferente; presencial y tienen la oferta de nivel en este aspecto resalta la importancia de superior de manera virtual por medio de la considerar la educación ofrecida en estos Universidad Digital del Estado de Hidalgo espacios, la UNESCO en su Quinta UNIDEH con dos licenciaturas a su Conferencia Internacional sobre elección Licenciatura en Ingeniería del Educación de Adultos celebrada en Software y Licenciatura en Gestión Hamburgo, Alemania en junio de 1997 Empresarial y de Proyectos, aunado a que aterriza esa importancia definiéndose los internos los días sábados llevan como un: capacitación para el trabajo de panadería. Conjunto de procesos de Los esfuerzos que se están haciendo van aprendizaje, formal o no, gracias al encaminados a que el adolescente en cual las personas cuyo entorno conflicto de ley cuente con las social desarrollan sus herramientas suficientes para lograr una capacidades, enriquecen sus conocimientos y mejoran sus inclusión social, este proceso necesita ir competencias técnicas o anclado a la formación académica de profesionales o las reorientan a fin manera integral, si no se incide en la de atender sus propias importancia que tiene el trabajo necesidades y las de la sociedad. multidisciplinar que hacen las personas La educación de adultos que conforman la plantilla laboral del CIA comprende la educación formal y no se logrará que el interno construya un la permanente, la educación no plan de vida diferente. formal y toda la gama de oportunidades de educación 4. Discusión informal y ocasional existentes en Educación, una herramienta de una sociedad educativa inclusión. multicultural, en la que se reconocen los enfoques teóricos y El escribir acerca de la educación en los basados en la práctica contextos de encierro como una (UNESCO, 1997, p. 25). herramienta de inclusión es un tema que si bien ha tenido aportaciones por Cabe destacar que en este mismo organismos internacionales, el primer espacio, se menciona que la educación cuestionamiento que se hace es porque debe ser incluyente para todos los no hay un equilibrio con lo estipulado y con sectores vulnerables, como personas de la las acciones que organismos como la tercera edad, migrantes, refugiados, UNICEF y UNESCO han emitido personas con capacidades diferentes y convenios con relación a las personas en presos, los cuales deberán tener acceso a reclusión, dirigidos a unificar criterios entre programas educativos que apliquen una países, con el propósito de reducir el pedagogía capaz de satisfacer sus hacinamiento y la reincidencia, a partir de

necesidades, facilitando la participación educación incluyente, como compromiso social, en este punto se establece el social y político, no hay mayor descripción Reconocimiento al derecho de todas las sobre los procesos educativos dirigidos a personas encarceladas a aprender: personas en conflicto con la ley, a pesar a) proporcionando a todos los de ser un documento direccionado por presos información sobre los ejes como la equidad y la inclusión, omite diferentes niveles de enseñanza y mencionar lo relacionado a la exclusión formación y acceso a los mismos; educativa de personas en contextos de b) elaborando y aplicando en las encierro. cárceles programas de educación Por su parte, UNICEF (2008) reconoce el general con la participación de los Derecho a la Educación de las Personas presos, a fin de dar respuesta a sus necesidades y a sus Privadas de Libertad, por ello sostiene que aspiraciones en materia de un proceso de rehabilitación y reinserción aprendizaje; social debe incluir oportunidades c) haciendo más fácil que las educativas y laborales, parte de que la organizaciones no mayoría de internos son jóvenes, con gubernamentales, los profesores y muchas posibilidades de reinsertarse a la otros responsables de actividades sociedad si se les brindan las educativas trabajen en las herramientas para hacerlo; enfatiza la cárceles, posibilitando así el situación de los niños – niñas y acceso de las personas adolescentes, considerándolos un grupo encarceladas a los establecimientos docentes y vulnerable que requiere atención y fomentando iniciativas para protección en vez del encarcelamiento. relacionar los cursos seguidos en La Resolución sobre la educación en los las cárceles con los que tienen establecimientos penitenciarios, fue lugar fuera de ellas (UNESCO, aprobada en el 5to. Congreso Mundial de 1997, p. 44). la Educación celebrada en Berlín, Alemania en Junio 1997, en esta se emiten Por otro lado, en el Marco de Acción de artículos que destacan la importancia de la Dakar celebrado en el año 2000, se educación como un derecho, insistiendo menciona que la educación es un: en promover una educación de calidad, equitativa e integral que cubra las Compromiso colectivo para actuar. necesidades de los internos, para ello Los gobiernos nacionales tienen la propone que los programas estén obligación de velar por que se incorporados en el sistema educativo para alcancen y apoyen los objetivos y que sean inclusivos y puedan continuar su finalidades de la Educación para formación fuera del contexto de encierro, todos (UNESCO, 2000, p. 8). además enfatiza la importancia de la

capacitación docente y de contar con una Sin embargo, a pesar de que nuevamente infraestructura suficiente y adecuada. se enfatiza en la necesidad de una

Otro documento internacional dedicado a obligado a proporcionarla en los niveles las personas en contextos de encierro, es básicos y media superior; basada en el el denominado Reglas Mínimas de las desarrollo de valores como el respeto, la Naciones Unidas para el Tratamiento de solidaridad y la justicia, la educación a la Reclusos, este comprende 122 reglas, que se aspira constitucionalmente, puede respecto a la educación destaca la Regla definirse en los términos de una educación 104, que a la línea expresa: inclusiva. Se tomarán disposiciones para Ahora bien, pese que el CIA de Hidalgo fomentar la instrucción de todos cuenta con todos los niveles educativos no los reclusos que se encuentren en asume en sus procesos de enseñanza – condiciones aptas, incluso la aprendizaje una educación inclusiva; al instrucción religiosa en los países respecto, la UNESCO plantea que en que esto sea posible. La La educación inclusiva significa instrucción de los analfabetos y de los reclusos jóvenes será que todos los niños y jóvenes, obligatoria y la administración del con y sin discapacidad o establecimiento penitenciario dificultades, aprenden juntos en deberá prestarle particular las diversas instituciones atención. educativas regulares (preescolar, colegio/escuela, En la medida de lo posible, la post secundaria y instrucción de los reclusos deberá universidades) con un área de coordinarse con el sistema de soportes apropiada. educación pública estatal a fin de Más que el tipo de institución que, al ser puestos en libertad, los educativa a la que asisten los reclusos puedan continuar sin niño/as, tiene que ver con la dificultad su formación (UNODC, 2015, p. 32) calidad (UNESCO, 2000, p. 39). Mientras que en el marco internacional, es Si bien, esta definición hace referencia posible encontrar pronunciamientos explícita a contextos educativos regulares, respecto a la prioridad de atender la cabe plantearse que en instituciones de educación en contextos de encierro, en otro tipo también se desarrollan procesos México no hay una ley o convenio de educativos que habría que considerar en política educativa definida para estos términos de la educación inclusiva, por contextos. ejemplo, las que habitan los adolescentes La omisión señalada conlleva una que están privados de su libertad, sin que intención invisivilizadora que puede leerse esto los límite en su derecho a la en términos de exclusión, esto entraña una educación. contradicción con el Artículo 3° de la El ofrecer procesos formativos que Constitución Política Mexicana, en dónde permitan la inclusión social de los se decreta la educación como derecho adolescentes, debe trabajarse y fundamental, por lo que el Estado está considerarse desde una manera integral, no sólo proporcionarse para cumplir con

una obligación, en tanto es un punto Científicos y Tecnológicos del Estado de trascendente y fundamental para habilitar Hidalgo (de aquí en adelante CECYTEH), al interno hacia su incorporación a la vida mencionaron que nunca han recibido en comunidad con un proyecto de vida algún curso introductorio o de preparación transformado. para tener un mejor desempeño en su ¿Cómo es la inclusión educativa en el labor, ellos indicaron que requieren de CIA? conocimientos de técnicas de contención o de acompañamiento que mejore los En el Centro de Internamiento para estados de ánimo de los adolescentes. Adolescentes la educación funciona como Es de mencionar que los docentes que un mecanismo de corrección y control, imparten clases de manera presencial en siendo prácticamente el único distractor el CIA no son contratados por el centro que tienen los internos, ante esta sino por el CECYTEH, por esta razón y por situación, el proceso formativo académico, lo que comentaron en entrevista de que al tener un acento de obligación pierde su tienen horarios que no coinciden, es que esencia, desperdiciando la trascendencia se ha considerado que el curso que se les que tiene la educación en estas ofrecerá será online el cual estará instituciones en donde el facultar a los incrustado en una LMS gratuita. adolescentes con habilidades como son la preparación académica o la formación de ¿Por qué y para qué la inclusión educativa un oficio mejorará sus condiciones de vida en contextos de encierro? a su egreso. Al dotar a un joven de herramientas, Con respecto a la operación del sistema habilidades y competencias, les permitirá educativo dentro de la institución es bajo tener una calidad de vida diferente, lejos el calendario y los lineamientos de la SEP, de la exclusión de la marginación y con situación de mucha reflexión puesto que la oportunidades, ya sean académicas o dinámica áulica es irregular en laborales. comparación a una escuela escolarizada, Pero para que se logre esta inclusión los ingresos en el CIA son constantes y el educativa, se debe considerar las 4 – Aes, hecho de estar bajo los criterios de la SEP, las cuales refieren: es una situación de desventaja para los ● Asequibilidad: que la educación esté adolescentes, puesto que en algunas disponible. ocasiones deben esperar de un semestre ● Accesibilidad: que el sistema sea a un año para poder matricularse en el accesible a todos. nivel educativo que le corresponde. Otro aspecto a considerar es la ● Aceptabilidad: que el contenido y capacitación y habilidades de formación métodos de la enseñanza sean que tienen los docentes que les imparten relevantes éticamente. clases, por medio de entrevistas que se les ● Adaptabilidad: que la educación pueda realizaron a los nueve docentes evolucionar a medida que cambian las contratados por el Colegio de Estudios

necesidades de la sociedad de tratamiento para cada interno, se prevé (Tomasevski, 2003). que esta implementación facilite y cumpla Esta inclusión educativa requiere de todo con lo indicado en la Ley Nacional del un equipo de trabajo, pero además de eso Adolescente y la tercera intervención, está que cada uno de ellos realmente tengan la centrada en dar herramientas a los vocación por su labor y amor por ayudar al docentes para que sepan conducir de otro, dejando de lado los motivos por los mejor manera el trabajo áulico que cuales están en internamiento los desarrollan, esta intervención educativa adolescentes, esta es una de las barreras será por medio del empleo de TIC. que el personal y la sociedad en general Todas estas actividades han sido tienen, la estigmatización y el prejuicio que desarrolladas con la intención de hacen. posibilitar una inclusión educativa, la cual 5. Conclusiones debe ser incluyente desde lo académico, deportivo, cultural, laboral, tecnológico y El sistema penitenciario, requiere artístico. Con esta conglomeración de transformar la concepción de la educación acciones, se presume logrará que el en contextos de encierro las posibilidades interno tenga todas las posibilidades para deben ser de carácter preventivo y no solo que su inclusión social sea exitosa, estos terapéutico, más emancipador que son retos que incluyen a la sociedad represivo, con soluciones colectivas, en puesto que se requiere de la solidaridad las que, sin contravenir la necesidad de para coadyuvar en su integración a la intervenciones personalizadas, se sociedad como un individuo garante de ofrezcan respuestas globales e integrales derechos y obligaciones. para cada recluso, es por eso que la Esto es una cuestión de humanidad la cual presente investigación ha indagado desde debe empujar a una calidad de vida la concepción, las necesidades que tienen respetuosa, responsable y sensible. Se los usuarios, esto se logró con la necesita transformar los paradigmas de interacción que se dio en un primer los cuales hemos sido sujetos y actores de momento con la impartición del taller de tiranías, castigos, puniciones y de “ofimática básica”, este acercamiento estigmas. Estando en la misma dinámica, permitió conocer al personal de la retomo lo que Acedo (2008) menciona, es institución (director, secretaria, psicólogas, un concepto en evolución que implica, custodios, trabajadora social e internos), ofrecer una educación de calidad a toda la con el apoyo de entrevistas se detectó en población estudiantil, independientemente un segundo momento la necesidades que de sus condiciones personales o sociales. tenían de respaldar la información de cada uno de los expedientes de los usuarios, Referencias para dar solución a esto se configuró una Acedo, C. (2008). Educación inclusiva. base de datos para la concatenación de la Revista Perspectivas. UNESCO. información, está coadyuvará en tener un Suiza. seguimiento personalizado con una ruta

Álvarez-Gayou, J. (2005). Cómo hacer UNESCO, (1997). Quinta Conferencia investigación cualitativa, Internacional sobre Educación de fundamentos y metodología. México: Adultos. Recuperado de Paidós,103-184. http://www.unesco.org/education/uie/ Bisquerra, R. (coords) (2004). confintea/pdf/finrepspa.pdf Metodología de la investigación UNESCO, (2000). Education for All: educativa. Madrid: La Muralla. Meeting our Collective Commitments. Carr, W. y KEMMIS, S. (1988). Teoría ED-2000/WS/27. Recuperado de crítica de la enseñanza. Barcelona: http://www.unesco.org/ Martínez Roca. education/efa/ed_for_all/dakfram_en Constitución Política de los Estados g.shtml Organización de las Unidos Mexicanos. México. 5 de Naciones Unidas para la Educación febrero de 1917. Navarro Asencio, Enrique (coord.) (2017). Hernández Sampieri, R.; Fernández Fundamentos de la investigación y la Collado, C.; Baptista Lucio, P. (2007). innovación educativa. La Rioja: Metodología de la investigación. Universidad Internacional de la Rioja. Madrid: McGraw Hill. Capítulo 9. ¿Cómo se si he conseguido los objetivos? El análisis INEGI. (2008). Glosario de términos. de información cualitativa. Recuperado de: SEP (2016). El modelo educativo. El http://www.beta.inegi.org.mx/app/glo planteamiento pedagógico de la sario/default.html?p= reforma educativa. Ciudad de ONUDC, (2015). Reglas Mínimas de las México. Naciones Unidas para el Tratamiento Tomasevski, K. (2003) Contenido y de los Reclusos (Reglas Nelson vigencia del derecho a la educación, Mandela). Recuperado de Instituto Interamericano de Derechos https://www.unodc.org/documents/ju Humanos, San José (Costa Rica). stice-and-prison-reform/GA- Revista IIDH, n 40, 2004, págs. 341- RESOLUTION/S_ebook.pdf 388. Latorre, A. (2003). La investigación acción. Barcelona: Graó.

24 Herramientas Web 2.0 para contar narrativas digitales cronológicas

De Fuentes Martínez Alejandro1, Escudero Nahón Alexandro2 [email protected], [email protected]

Resumen A diferencia de contar una narrativa cronológica de manera estática y poco interactiva como se solía hacer antes de la Web 2.0, las posibilidades modernas de la evolución de Internet permiten contar narrativas cronológicas interactivas, colaborativas y dinámicas. En este sentido, este texto hace alusión a un conjunto de diversas herramientas útiles para generar líneas de tiempo interactivas en Internet, pero se pone especial énfasis en describir y sugerir una estrategia didáctica basada en una herramienta particular denominada Timeline JS para crear narrativas cronológicas digitales interactivas y dinámicas con un enfoque particular hacia sucesos históricos relevantes. Este estudio presenta una metodología descriptiva y pragmática, con la que se describe, en primer lugar, a la herramienta, para posteriormente describir la estrategia didáctica que podría emplearse en diversos contextos, incluidos los de enseñanza y aprendizaje. Con la propuesta de este tipo de estrategias didácticas se pretende resaltar y poner en práctica las características esenciales del movimiento de la Web 2.0: participación, colaboración, ubicuidad e interactividad, sugiriendo a su vez su implementación en los contextos áulicos. El estudio confirma que Timeline JS potencia las características de la Web 2.0: La web como plataforma y el software como servicio promueven el aprendizaje colaborativo.

Palabras clave: colaboración, interactividad, internet, líneas de tiempo, Web 2.0.

1. Introducción principales sucesos de la Historia de los ambientes virtuales de aprendizaje Contar narrativas cronológicas sobre publicados en Wikipedia, se presentan en suceso históricos de relevancia, una tabla estática y poco interactiva, la representa una estrategia de aprendizaje que corresponde a un ejemplo de útil y práctica para estudiar el pasado y narrativa cronológica, implicando con ello comprender el presente relativo a la un mayor esfuerzo para su lectura. La evolución de hechos de interés histórico. tabla 1 ilustra un caso particular de este La forma en cómo se realizaban estas tipo de narrativas, anterior a la Web 2.0: narrativas antes de la aparición de herramientas web que permitieran Año Suceso dinamizar su creación, así como una 1945 Vannevar Bush describe un dispositivo participación colaborativa logrando un similar a un hipertexto llamado Memex en su artículo “Como podemos pensar” producto final más interactivo y atractivo, en The Atlantic. (Bush, 1945) eran estáticas y poco interactivas. Por 1948 Norbert Wiener escribe sobre ejemplo, tomando algunos de los comunicaciones hombre-máquina en su

libro de referencia "Cibernética o Control La figura 1 ilustra esta evolución: y Comunicación en el Animal y la Máquina" (MIT Press, 1948).

B. F. Skinner desarrolla una "instrucción 1953– programada" y una "máquina de enseñanza" actualizada (Skinner, 1958) 1956

Frank Rosenblatt inventó el "perceptrón" 1957 en 1957 en el Laboratorio Aeronáutico de Cornell en un intento por comprender la memoria humana, el aprendizaje y los procesos cognitivos. (Rosenblatt, 1958). Este fue el comienzo del aprendizaje automático.

Rath, Anderson y Brainerd informaron 1959 sobre un proyecto que utiliza un IBM 650 para enseñar aritmética binaria a estudiantes. (Galanter, 1959).

La Universidad de Chicago produce por primera vez el Semestre Sunrise, una serie de cursos impartidos por televisión. (Media Visions, s/f). Tabla 1. Ejemplo de narrativa cronológica estática. Fuente:https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_virt ual_learning_environments

El listado de la tabla 1 sirve para ilustrar la manera típica y estática en la que se solía organizar información histórica para presentarla cronológicamente. Todavía hoy día es factible encontrar algunos sitios Figura 1. Evolución de la web. Fuente: Lerma- web que narran la información cronológica Blasco, Murcia y Misfud (2013). bajo un esquema estático, aunque un Según los autores de la ilustración, poco más enriquecido con imágenes, hemos transitado desde el siglo pasado colores y diseño, y en formato HTML. Por de una Web 1.0 (1989-1997) ejemplo, la página web The History of caracterizada por ser estática, hacia una Distance Learning and the LMS (La Web 1.5 (1997-2003) más dinámica Historia del Aprendizaje a Distancia y los gracias al potencial del lenguaje LMS), del autor Ashok (2015), representa Javascript. Posteriormente, hacia una la forma en cómo algunas narrativas Web 2.0 (2003-2008) caracterizada por cronológicas solían contarse al estilo de la ser eminentemente colaborativa y luego Web 1.0. Todo esto vino a transformarse hacia una Web Social (2008-Actual). profundamente con el advenimiento del Adicionalmente, se avecina en un futuro paradigma conocido como la Web 2.0. cercano una Web inteligente, aunque ya La evolución de la Web representa en sí podemos ser testigos de un conjunto de misma una historia de gran interés, digna aplicaciones que implican a la inteligencia de ser contada y estudiada a detalle. artificial o el reconocimiento de voz como

características de este nuevo paradigma “Hoy disponemos de mejores sistemas de del desarrollo de la Web. representación que dan origen a visualizaciones más creativas y que en “La Web 2.0, por tanto, es un concepto que ocasiones son capaces de «descubrir» nace como contraposición a la web nuevos patrones y tendencias en los datos tradicional, o, expresado con mayor [...]” propiedad, a los usos “tradicionales” de Internet. [...], es un concepto no un producto. “[...] Una visualización es una representación Es una intención relacionada con la nueva que utiliza mecanismos expresivos para manera de utilizar Internet. De una forma más obtener un conocimiento holístico e personal, más participativa, más colaborativa. interconectado de la realidad representada, [...]” (Castaño, Maiz, Palacio, & Villarroel, implicando emocionalmente al espectador en 2008). su comprensión” (Llorens, 2017). Hoy en día existe una amplia variedad de De esta forma, Llorens (2017) categoriza herramientas web para diversos tres herramientas poderosas para la propósitos, entre ellos, el de generar visualización de la información que líneas de tiempo. Algunas de estas aprovechan la potencia de los repositorios herramientas se enlistan a continuación: de datos de Internet y que conjuntan y se valen igualmente de las bondades de la ● Timeline JS Web 2.0: ● Dipity ● TimeRime Herramienta Descripción ● Tiki-Toki Infografías Son tablones visuales que

● MyHistro van más allá de la representación de los datos, para construir una En el presente trabajo nos enfocaremos historia narrada mediante de manera particular en la primera, lenguaje adicional, de denominada Timeline JS, y la modo que cada uno aporta, destacaremos por sobre las demás idealmente, lo que le falta al debido a sus cualidades especiales, entre otro. La creación de ellas, su facilidad de uso, así como su infografías interactivas y potencial de implementación, apremiando animadas es una especialidad de impacto la cooperación, la ubicuidad y la creciente en los medios de interactividad, cualidades conocidas y comunicación digital. constitutivas de lo que se ha denominado como Web colaborativa o Web 2.0. Timelines Son sistemas de representación que En el apartado Nuevas narrativas para el disponen los hechos en el aprendizaje en red, Llorens (2017), orden en que realmente se muestra un conjunto de evidencias que produjeron, sobre una línea temporalmente dividida, fundamentan sus argumentos sobre la siendo personalizables los territorialidad virtual y las nuevas grados de esta división. narrativas para aprender en Internet. Más concretamente, dicho texto establece una Real-time Es la representación distinción conceptual entre representación internet. instantánea del estado de de la información y su visualización: un conjunto amplio de parámetros que definen el

pulso (o la vida) de internet, También cabe resaltar que el trabajo de la considerados en su comunidad ofrece un entorno abierto y dimensión mundial. colaborativo para la exploración y la Tabla 2. Herramientas para la visualización de conversación interdisciplinaria, donde los información en la Web 2.0. Fuente: Llorens (2017) estudiantes y los profesionales aprenden 2. Metodología juntos e individualmente. La forma de trabajo que se propone La comunidad Knight Lab es conocida por consiste en una metodología descriptiva y su innovador conjunto de herramientas de pragmática, en la que se describe primero código abierto, adaptables y ligeras para la herramienta, para posteriormente los creadores de medios. La más popular describir la estrategia didáctica que podría de ella, Timeline JS, ha sido utilizada por emplearse en diversos contextos, más de 250,000 personas para contar incluidos los de enseñanza y aprendizaje. historias que se han visto cientos de millones de veces, y está disponible en 2.1. La herramienta analizada más de sesenta idiomas. (Northwestern TimelineJS es una herramienta de University). código abierto creada por el Knight Lab de 2.2. La implementación práctica de la la Northwestern University que conforma herramienta una comunidad de diseñadores, desarrolladores, estudiantes y El procedimiento en sí es sencillo, educadores que trabajan en experimentos práctico y eficaz; consta de cuatro pasos diseñados para impulsar el periodismo en básicos que pueden consultarse también nuevos espacios. desde el propio sitio oficial de la comunidad Knight Lab. Como herramienta abierta, Timeline JS permite a cualquier persona crear líneas Todo empieza con la solicitud de una de tiempo interactivas y visualmente copia de la Plantilla Oficial de la enriquecidas. Lo práctico y sencillo de la TimelineJS3, lo cual puede hacerse desde herramienta es que permite crear una el sitio oficial de la herramienta línea de tiempo usando nada más que una https://timeline.knightlab.com/#make. hoja de cálculo de Google. 2.3. Trabajando con la plantilla en Aunado a ello, usuarios más Google Spreadsheet experimentados pueden valerse de sus Una vez que se ha copiado la plantilla habilidades de organización de datos en de Timeline JS, es recomendable conocer formato JSON (JavaScript Object y tomar en cuenta la siguiente información Notation) para crear instalaciones para poder aprovecharla eficazmente y personalizadas mientras mantienen la lograr los objetivos pretendidos: funcionalidad principal de la librería ● Las primeras cuatro columnas (A-D) Timeline JS (Knight Lab, s.f.). de la hoja de cálculo corresponden a la fecha de entrada del evento en la línea

de tiempo. Es posible ingresar el año cuerpo que se mostrará en cada únicamente o se puede acceder a diapositiva de la línea de tiempo. detalles como el mes, el día e incluso ● La plantilla también cuenta con la la hora de un evento. Se debe ingresar propiedad (opcional) de añadir al menos el año, a excepción de una medios. Es decir, Timeline JS soporta diapositiva que sea de tipo 'título'. múltiples tipos de medios y puede (Para ingresar fechas BCE, se debe extraerlos de una variedad de fuentes usar un año negativo, por ejemplo - y tiene soporte incorporado para 500). Twitter, Instagram, Flickr, Google ● Las columnas (E-H) corresponden a Maps, DropBox, DocumentCloud, la opción de agregar fechas de Wikipedia, SoundCloud, Storify, finalización del evento. Nuevamente, iframes, los principales sitios de videos solo puede ingresarse el año o se (YouTube, Vimeo, etc.) y más. Es pueden desagregar más detalles recomendable consultar la cronológicos. Las fechas de documentación completa sobre los finalización harán que TimelineJS tipos de medios con los que puede muestre intervalos de tiempo (eras) en trabajar Timeline JS. la parte inferior de la línea de tiempo. ● Los espacios correspondientes para Si el evento no tiene una "fecha de agregar medios a las diapositivas se finalización", lo recomendable es ubican en las columnas (L-O). Debajo dejarlos en blanco, sin necesidad de de la columna L (Medios) debe repetir la fecha de inicio. ingresarse el enlace (URL) al medio ● Si se requiere de mayor flexibilidad que desea mostrar. En la columna M sobre cómo se muestran las fechas en siguiente, se puede acreditar la fuente una diapositiva, puede emplearse la original del medio, y en la columna N columna I para especificar una "fecha puede incluir un título corto. de visualización", que anulará ● Si Timeline JS no admite el tipo de cualquier decisión que tome medios que desea en la diapositiva, a TimelineJS sobre cómo mostrar la menudo puede hacerlo ingresando la fecha. Esto puede ser útil si no se etiqueta en la columna L conoce la fecha real, pero debe (Medios) en lugar de una URL. especificar la fecha para que También puede utilizar la etiqueta TimelineJS sepa cómo mostrarla en HTML <blockquote> en la columna L. relación con otros eventos. La fecha de ● La columna O se utiliza para los visualización se utiliza en la diapositiva marcadores para las diapositivas que y en las etiquetas de los botones contienen medios, muestra un "siguiente" y "anterior" que llevan a esa pequeño icono que representa el tipo diapositiva. de medio utilizado. Si se desea, puede ● Las columnas J y K de la hoja de mostrarse una miniatura del contenido cálculo contienen el título y el texto del multimedia allí. 29 ● También se puede establecer el fondo según su fecha de inicio, y siempre de una diapositiva de un color coloca primero la diapositiva del título, específico o con una imagen. Para sin importar cómo se encuentren hacer esto, debe ingresarse un valor ordenadas las filas dentro de la hoja de de color hexadecimal de CSS, color cálculo. Sólo en los casos en que se con nombre de CSS o la URL de una tienen dos diapositivas con imagen en la columna R (Fondo). exactamente la misma fecha de inicio, ● La columna P (Tipo) puede usarse entonces la fila que aparece primero para activar algunas funciones en la hoja de cálculo será la que se especializadas más en la línea de muestre primero en la línea de tiempo. tiempo. En la mayoría de los casos, lo ● Usando la columna Q (Grupo) se recomendable será dejarla en blanco, pueden organizar las diapositivas por salvo en la primera diapositiva, que grupos (antes conocido como generalmente se configura como de "etiquetas"). Puede poner cualquier Tipo “título”. valor que desee en la columna Q ● Si se usa el tipo “título” en esta (Grupo). Los eventos con el mismo columna P, la línea de tiempo usará la grupo se colocarán en la misma fila o fila como una "diapositiva de título", filas adyacentes, y Timeline JS usará que se muestra antes que todas las el texto de la columna Q (Grupo) demás, y que no requerirá de una como una etiqueta en el borde fecha. Las diapositivas de título no izquierdo de la(s) fila(s) que contengan aparecen en los marcadores dentro esos eventos. El texto del grupo del componente de navegación de la también se mostrará en cada línea de tiempo y solo debe haber una diapositiva. Si se desea, puede establecerse una combinación de fila configurada como "título" en la diapositivas en grupos y diapositivas columna P (Tipo). con un valor en blanco en la columna ● Por su parte, si se usa la palabra era Q. en la columna P, Timeline JS usará la fila para etiquetar un lapso de tiempo 2.4. La publicación y renderizado de la en el área del "eje" dentro del plantilla componente de navegación situado en Una vez que se tiene completa y la parte inferior de la línea de tiempo, configurada la hoja de cálculo desde una vez que se ha duplicado y se Google Spreadsheet, se puede convertir visualiza en el navegador. Cada época en una línea de tiempo con unos sencillos o era obtiene un color distinto. Aunque pasos, descritos a continuación: las eras superpuestas no están bien soportadas aún, la comunidad se A. Primero, se debe Publicar en la Web la hoja de cálculo de Google. Para ello, encuentra investigando estrategias de es necesario ir al menú Archivo y diseño para esos casos de uso. seleccionar "Publicar en la Web". En la ● Adicionalmente, Timeline JS ordena ventana emergente, debe asegurarse automáticamente las diapositivas 30 estar en la ficha Enlace (en la que por ● Selección. Escoger historias que defecto se ubica inicialmente), y luego tengan una narrativa cronológica debe asegurarse también que la fuerte. No es funcional para las opción "Volver a publicar historias que necesitan saltar en la automáticamente cuando se realicen línea de tiempo. cambios" esté marcada al igual que la ● Integración. Escribir cada evento como opción "Todo el documento" se parte de una narrativa más grande. encuentre seleccionada. Posteriormente, se debe copiar el 3.2. Trabajo futuro enlace respectivo. Luego de las descripciones B. Dentro del sitio de Timeline JS, se presentadas, el trabajo futuro consistirá debe pegar el enlace copiado en el en la implementación sistemática para cuadro "URL de la hoja de cálculo de abordar el estudio de diferentes sucesos Google". Allí también se brindan históricos de interés en contextos algunas opciones de estilo. escolares específicos, de nivel medio A continuación, se debe tomar el superior y superior. código de inserción, copiarlo y pegarlo en De igual manera, una vez implementadas el sitio donde se desea que aparezca. las estrategias didácticas sugeridas, 3. Resultados quedaría pendiente evaluar su usabilidad Al tratarse de una propuesta didáctica, y satisfacción por parte de los usuarios y uno de los resultados aplicando los participantes activos de la misma, es procedimientos descritos puede decir, los propios estudiantes. consultarse en la siguiente URL corta: 4. Discusión https://goo.gl/wsA5Ek, la cual está basada Al tratarse de una herramienta de la en la misma serie cronológica de eventos Web 2.0, la participación de los propios referida al principio del artículo, estudiantes como protagonistas capaces considerando los eventos más relevantes de contar sus narrativas será en la Historia de los Ambientes Virtuales fundamental. En este sentido, se les de Aprendizaje, a partir del inicio del siglo podrían asignar actividades didácticas XXI. para contar narrativas digitales como la 3.1. Consejos de uso del libro electrónico, la de las Algunos de los consejos que telecomunicaciones, la de la propia Web, recomienda la comunidad Knight Lab para la del teléfono móvil, la de los lenguajes sacarle el máximo provecho a la de programación, la de las empresas herramienta se describen a continuación: Google o Apple y un largo etcétera, considerando este tipo de herramientas ● Brevedad. No tener más de 20 Web 2.0, interactivas y dinámicas. diapositivas para navegar a través de la línea de tiempo. En opinión de Llorens (2017): 31 “[...] Desde un punto de vista pedagógico, la El software como servicio posibilidad de que varias personas trabajen a ● Servicios en línea: servicios y aplicaciones la vez en la producción de una línea de tiempo desde el propio navegador. las categoriza como un instrumento idóneo ● Interoperabilidad entre servicios y entre para el trabajo colaborativo”. aplicaciones. Estándares. La herramienta Timeline JS que se ha Aprovechar la inteligencia colectiva abordado en el presente trabajo cabe en la categoría de librerías o frameworks que Todos somos autores y podemos permiten crear plataformas interactivas publicar ● La red de lectura y escritura con líneas de tiempo sin, o con muy ● Herramientas sencillas y potentes pocos, conocimientos de programación. ● Blogs, wikis, fotos, videos, podcasts. Un docente con cierta experiencia o un Gestión de contenidos grupo de trabajo podrían implementar una ● Creación y compartición de conocimiento plataforma con sistemas de visualización ● Microcontenidos personalizados (Llorens, 2017) ● Utilización de metadatos. ● Sindicación. basándose en la librería de Timeline JS, ● Etiquetado y folksonomía. pero la herramienta en sí misma es lo Aligerar la programación y la suficientemente poderosa y abierta para composición dar cabida a que programadores más ● Separación entre diseño y contenido experimentados, puedan llevar el uso de ● Facilidad de interoperabilidad. Estándares. ● Software no limitado a un solo dispositivo la herramienta a niveles mucho más ● Tecnología AJAX sofisticados. ● Transición hacia el XML 5. Conclusiones Tabla 3. Características más relevantes de la Web 2.0. Fuente: (Castaño, Maiz, Palacio, & Villarroel, La evolución de los medios digitales y 2008). de Internet han acrecentado las Por último, el potencial para generar posibilidades para la creación de contenidos, visualizar datos y proponer contenidos, así como para la ideas creativas y estrategias didácticas representación y la visualización de interactivas es factible ante las información de muy diversa índole. posibilidades del paradigma Web 2.0 que La experiencia que se ha documentado ha transitado, desde hace tiempo, de permite confirmar el potencial y destacar convertirse de una tendencia hacia un las características de la Web 2.0 que movimiento de trascendencia. aparecen citadas en más de un lugar, lo Referencias que indica su aportación polivalente, las Ashok, S. (2015) The History of Distance cuales se resumen en la Tabla 3: Learning and the LMS. Recuperado de La web como plataforma http://elearnhub.org/the-history-of- ● Aplicaciones dinámicas distance-learning-and-the-lms/ ● Aplicaciones colaborativas ● Herramientas sencillas e intuitivas Bush, V. (1945). "As We May Think". The Atlantic Monthly. Consultado en Octubre 32 14 2018, desde 105–120). Barcelona: Ediciones https://www.theatlantic.com/magazine/ar Octaedro, S.L. chive/1945/07/as-we-may-think/303881/ Media Visions (s/f) – A History of Distance Castaño, C., Maiz, I., Palacio, G., & Villarroel, Learning History". Consultado el 2018- J. D. (2008). Prácticas Educativas en 10-17 desde http://www.media- Entornos Web 2.0 (1a ed.). Madrid: visions.com/ed-distlrn1.html Síntesis. Northwestern University (s.f.). Knight Lab is a Durall, E., Gros, B., Maina, M., Johnson, L. & community of designers, developers, Adams, S. (2012). Perspectivas students, and educators working on tecnológicas: educación superior en experiments designed to push journalism Iberoamérica 2012-2017. 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En Pedagogía red: una educación para tiempos de internet (pp. 33 Los portafolios electrónicos como recurso didáctico para la evaluación auténtica en educación media superior Valencia Ramírez Jessica Lizbeth jesvalram@gmail.com Resumen La evaluación del aprendizaje es un elemento fundamental del proceso educativo, vista como un medio que debe propiciar la reflexión de los estudiantes sobre los conocimientos o habilidades alcanzadas o no, y como el diálogo entre el docente y los estudiantes que le permita a ambos, pensar y desarrollar estrategias adecuadas para mejorar su aprendizaje. El presente texto presenta algunas de las observaciones tras el diseño e implementación de una secuencia didáctica con el uso del portafolio electrónico como recurso didáctico para la evaluación auténtica en educación media superior y cuyos hallazgos principales permiten afirmar que el portafolio electrónico es una herramienta útil para mostrar el proceso en la realización de una tarea y el desarrollo de las destrezas adquiridas y de las que aún falta reforzar y que resulta un recurso para evaluar aspectos de aprendizaje más amplios que los demostrables en un examen. Palabras clave: educación, evaluación auténtica, portafolio electrónico. 1. Introducción cual incluyeran evidencias que dieran El empleo del portafolio electrónico en cuenta de sus trabajos académicos y el ámbito educativo tiene grandes experiencias formativas más importantes potencialidades, existen numerosos en las que han participado hasta ese referentes que indican que su uso momento de su carrera. El objetivo de favorece tanto al estudiante como al este estudio era analizar el carácter docente. En el caso de esta investigación reflexivo de los portafolios electrónicos, al se analizó si el diseño de una secuencia final los autores describen una didáctica con el uso del portafolio experiencia positiva para casi todos los electrónico favorece la evaluación estudiantes, ya que les permitió fortalecer auténtica de estudiantes de la educación o adquirir una serie de habilidades que media superior. abarcan la reflexión y la autoevaluación. En la literatura especializada se da cuenta Otro dato interesante derivado de esta que el uso de portafolios electrónicos tiene investigación es que los estudiantes ventajas para la evaluación. Por ejemplo, expresaron que el ser evaluados a través en un estudio hecho por Díaz-Barriga y del portafolio, no los estresó ni agobió Sánchez (2013) se les solicitaba a los como el examen. Sin embargo, los estudiantes de educación superior la participantes consideran que una de las creación de un portafolio electrónico en el desventajas del portafolio es el tiempo que 34 demanda su elaboración es mayor, en enseñanza-aprendizaje que implican comparación al examen. otras formas de evaluación, no para medir En otra investigación hecha por y clasificar estudiantes, sino para dar Argumedo (2013) la autora indaga sobre cuenta de los avances y las metas las ventajas y desventajas del portafolio alcanzadas o de lo que falta alcanzar o como método de evaluación en transformar. comparación con el examen, en los Las conclusiones de este estudio, estudiantes de la licenciatura de Cirujano muestran que los estudiantes perciben el Dentista en la Facultad de Estudios uso de portafolio como una forma de Superiores Iztacala de la Universidad evaluación que permite conocer los Nacional Autónoma de México. avances y logros obtenidos. También consideran que el portafolio fomenta la Después del análisis de los datos de esta investigación, los resultados hacen reflexión sobre su aprendizaje y favorece entrever las ventajas del portafolio como la síntesis e integración de lo aprendido. una forma de evaluación, pues a través de Otra investigación importante es el trabajo éste, los estudiantes participan más colaborativo de (Torres & Rodríguez, activamente en su aprendizaje y 2010) “Los e-portafolios en la evaluación evaluación. Asimismo, según constata la de competencias en el espacio europeo autora, los estudiantes expresaron que en de educación superior”, quienes realizan este tipo de evaluación se valora de una investigación aplicada en donde manera global su proceso de aprendizaje, enfatizan y comprueban la validez del uso pues se reconocen los productos del portafolio electrónico para evaluar obtenidos, pero también factores como la competencias con estudiantes de dedicación, motivación, esfuerzo e interés Pedagogía de la Universidad de Sevilla. (Argumedo, 2013, p. 337). Estos autores, señalan que hoy en día, la Por su parte, Martínez (2002), elaboró un forma de evaluar los procesos de estudio titulado “El portafolio como aprendizaje debe corresponder a nuevas mecanismo de validación del formas de aprender por competencias, aprendizaje”, realizado en un curso de la puesto que el aprendizaje ya no es una licenciatura Ciencias en la Educación de actividad memorística, es entonces que la la Universidad de Monterrey. En este evaluación del portafolio electrónico estudio se describen las percepciones de retoma relevancia. la experiencia de incorporación del La visión de estos investigadores parte de portafolio y su construcción como forma una noción constructivista, donde los de evaluación. estudiantes deben apropiarse de su Para la autora, el portafolio representa aprendizaje, adjudicando un significado al una herramienta de evaluación alterna a proceso formativo del cual son parte. la evaluación tradicional por exámenes, Por esta razón, creen pertinente el uso del acordes a los nuevos procesos de portafolio electrónico como método de 35 evaluación, pues a través de él, los mejorar, en una parte fundamental del estudiantes se dan cuenta de sus proceso de aprendizaje de los progresos y ello estimula de manera estudiantes: la evaluación; para ello, se significativa el proceso de reflexión de los diseñó una secuencia didáctica que estudiantes. incorporó el uso del portafolio electrónico Es importante señalar que los estudios como un recurso didáctico con la finalidad anteriores representan un aporte de favorecer la evaluación auténtica, por significativo en el ámbito educativo, ya lo tanto, este estudio tiene además un que visualizan los alcances y las encuadre de investigación acción, puesto dimensiones de una evaluación realizada que busca no sólo describir sino también mediante un portafolio electrónico, proponer soluciones o alternativas. además se constituyen en destacable Población y muestra referente teórico y metodológico para esta Para elaborar este estudio se trabajó investigación. con 10 estudiantes, con una edad entre 15 2. Metodología y 16 años del segundo semestre del La metodología para realizar este bachillerato, en la clase de Lectura y proyecto, se enmarcó en el modelo redacción II, de una institución de carácter cualitativo de investigación, el cual de privado. acuerdo con Sandín (citado en Bisquerra, Investigación acción 2004) tiene las siguientes características: Como se mencionaba anteriormente “la investigación cualitativa es una este estudio se realizó siguiendo el actividad sistemática orientada a la proceso de la investigación acción y comprensión en profundidad de considerando el modelo de Kemis fenómenos educativos y sociales, a la (Bisquerra, 2004) cuyas fases son en transformación de prácticas y escenarios espiral: planificación, acción, observación socioeducativos, a la toma de decisiones y reflexión. y también hacia el descubrimiento y desarrollo de un cuerpo organizado de 2.1. Fase I: Planificación conocimiento” (p.276). En esta fase, a raíz de la identificación Cabe añadir que esta investigación del problema, se realizó un diagnóstico de además de su carácter cualitativo tiene la situación a través de un estudio del una orientación descriptiva, pues además conocimiento por medio de una revisión de tratar de comprender e interpretar documental, para después elaborar el busca describir detalladamente una diseño de una estrategia didáctica que problemática que se presenta en un incorporó el uso de un portafolio contexto educativo específico. electrónico para favorecer la evaluación Ahora bien, se debe aclarar que uno de auténtica de los estudiantes. los objetivos principales de este proyecto La secuencia didáctica se realizó tomando es reflexionar, analizar e intervenir para en consideración el tema del Ensayo, uno 36 de los contenidos centrales de la Para llevar a cabo la evaluación del asignatura de Lectura y redacción II del aprendizaje de los estudiantes se empleó nivel medio superior. como herramienta un portafolio Cabe mencionar que el diseño de una electrónico, motivo por el cual se pidió a secuencia didáctica es uno de los puntos los estudiantes crear su espacio web primordiales para la organización y utilizando la plataforma Wix, que se estructuración de un ambiente de caracteriza por su flexibilidad al permitir a aprendizaje. Favorece el desarrollo de los los usuarios ambientar su propio entorno objetivos, habilidades y competencias con una gran variedad de recursos de planteadas en el perfil de egreso del diseño web de uso fácil. estudiante de bachillerato. Por otro lado, para realizar esta secuencia didáctica fue necesario llevar a cabo una En el caso del diseño de esta secuencia didáctica se centró en tres aspectos: el sesión introductoria al uso del portafolio desarrollo de las habilidades electrónico para familiarizar a todos los argumentativas a través de la redacción estudiantes con esta especie de recursos de ensayos, en la evaluación auténtica de y plataformas electrónicas, a la vez se les los aprendizajes y en el uso de los informó sobre los objetivos, la recursos tecnológicos de la información y metodología de trabajo y la forma de comunicación en el proceso de evaluación de sus trabajos. enseñanza-aprendizaje. El modelo propuesto para la creación del Por otro lado, el objetivo de la secuencia portafolio electrónico fue el siguiente: didáctica era que los estudiantes pudieran Tabla 1. Componentes del portafolio electrónico mejorar la redacción de un ensayo, por esa razón se pensó convenientemente Entrada Componentes Presentación 1.Una breve biografía del estudiante, sus que los alumnos juzgarán, analizarán y hobbies e intereses. 2.Una fotografía que los identifique. revisarán su propio texto para mejorarlo, a 3.Un video de presentación del portafolio la vez, el intercambio de las electrónico. Ensayo 1. Primera versión del borrador. observaciones y las retroalimentaciones 2. Segunda versión del borrador. constantes entre compañeros y entre 3.Versión final del ensayo. estudiantes y el profesor, así como la Diario de un Registró de la experiencia de la escritura autoevaluación formaron parte ensayista de un ensayo. fundamental de dicha secuencia. Aprendizajes y Reflexión respecto a lo aprendizajes y reflexiones obstáculos que se presentaron con el uso del portafolio electrónico. 2.2. Fase II: Acción Entrada libre Contenidos de intereses particulares de los estudiantes. Una vez que se concluyó el diseño de Fuente: Elaboración propia (2018). la secuencia didáctica que incorporó el 2.3 Fase III: Observación uso de un portafolio electrónico para favorecer la evaluación auténtica de los En esta fase se recogieron los datos estudiantes, se dio paso a la aplicación de relevantes obtenidos a través de los dicha secuencia. siguientes instrumentos de observación: 37 diario de campo, rúbrica para evaluar el los estudiantes relatan haber conseguido ensayo, el portafolio electrónico y relatos es más claridad sobre los puntos o ideas de los estudiantes sobre su experiencia, sobre el tema a abordar para redactar con logros y dificultades en el transcurso del éxito el ensayo, en conjunto al proyecto. seguimiento de los pasos para elaborarlo. 2.4 Fase IV: Reflexión También, algunos de los estudiantes expresaron que se habían dado cuenta de Una vez recopilados los datos, en esta la utilidad de las estrategias de fase se analizaron y se discriminó la preescritura y del uso de los conectores información relevante con la intención de para mejorar la organización de las ideas. ordenarla e interpretarla para después realizar y discutir las conclusiones de este Ahora bien, la heteroevaluación que se realizó, tomando en cuenta los criterios proyecto. del instrumento de evaluación del ensayo 3. Resultados elaborado con el apoyo de los estudiantes La evaluación auténtica es un proceso del grupo, arroja datos interesantes, que busca develar el desempeño del porque aspectos como el planteamiento estudiante a través de la realización de de la tesis, seguimiento de la estructura, una tarea y para eso el portafolio adecuación del texto fueron desarrollados electrónico constituye una herramienta de manera sobresaliente, lo que constata que la posibilita. de cierta forma, un aprendizaje significativo de una de las partes En los relatos que comparten los fundamentales de la redacción de un estudiantes que participaron en este ensayo. proyecto se pueden percibir algunas categorizaciones de información, en primer lugar, al referirse a los logros y aprendizajes reconocen el haber identificado los elementos del ensayo, mejorado la redacción de su ensayo a través del orden y la organización de ideas, la ampliación de los argumentos y la consulta de información en fuentes Figura 1. Resultados heteroevaluación del distintas. ensayo. Por otro lado, en estas reflexiones se En el caso del criterio 1 (redacción de admite dentro de los aprendizajes, la la tesis), el nivel de excelencia importancia de estructurar bien un ensayo corresponde a un planteamiento de tesis para que el lector comprenda claro y una postura crítica sobre el tema adecuadamente el mensaje. que versa el ensayo, como se muestra en Otro aspecto importante, dentro del la figura 2. reconocimiento de los aprendizajes que 38 80% de los textos evaluados respetaron a cabalidad el criterio de la estructura del ensayo. Figura 2. Evaluación sobre el planteamiento de la tesis. Según la heteroevaluación se observa que el 70% de los estudiantes alcanzaron Figura 3. Evaluación sobre la estructura del dicho nivel, además se puede ver que el ensayo. 60% de los estudiantes consideraron que Por otro lado, esta evaluación permitió la tesis había sido planteada de manera reconocer que existen factores como el clara. desarrollo lógico de argumentos e ideas, La autoevaluación del ensayo también problemática a la que se enfrentan la muestra resultados importantes, muy mayoría de las personas al momento de similares a la heteroevaluación, ya que, en escribir un texto, aquí es conveniente ambas evaluaciones se percibe como aclarar que la redacción de un ensayo es destacados, los aspectos sobre el una actividad con altos niveles de desarrollo del ensayo respetando la complejidad porque requiere un estructura: introducción, desarrollo y ordenamiento racional y lógico del conclusión, de igual forma, la valoración pensamiento para después plasmarlo en sobre la coherencia de las ideas. un orden textual. Respecto al criterio sobre el empleo de Por lo tanto, el avance en esta dimensión argumentos suficientes es ligeramente de la escritura requiere una serie de diferente a la heteroevaluación. Estos prácticas constantes que difícilmente datos son muy significativos porque es un alcanzan a desarrollarse en una sola indicativo del discernimiento sobre el secuencia didáctica, es decir para mejorar propio aprendizaje. este aspecto de la redacción de un ensayo En la figura 3, se puede observar como el es necesario enfrentarse de manera 80 % de los estudiantes al realizar su sistemática una y otra vez al ejercicio de autoevaluación consideró que su escrito su escritura. cumplía de forma excelente el criterio Ahora bien, la evaluación del portafolio correspondiente a la estructura del electrónico que cada uno de los ensayo, dicho nivel se alcanzaba sí y sólo estudiantes creó muestran también si el ensayo contenía una introducción, un resultados destacados, este fue valorado desarrollo y una conclusión, de igual a través de una rúbrica que de manera forma, el docente coincidió con que el previa se entregó y se revisó de manera 39 conjunta en la primera sesión de la del estudiante, una foto y un video de secuencia didáctica, los criterios de presentación del portafolio electrónico. evaluación fueron los siguientes: Al cotejar la rúbrica de evaluación con los portafolios de los estudiantes se encontró que el 80% de éstos cumplían con todos los elementos antes mencionados. Respecto al criterio denominado contenido, el nivel excelente indica que el portafolio electrónico contiene las siguientes entradas: presentación, ensayo, diario de un ensayista, reflexiones y aprendizajes y por último una entrada libre. A este nivel le sigue una categoría de desempeño bueno si el portafolio contiene cuatros de las entradas anteriores, el nivel suficiente corresponde a todos aquellos Figura 4. Criterios para evaluar un portafolio electrónico. que contengan tres de las secciones y el nivel insuficiente a aquel que comprenda En cada criterio se establecieron cuatro sólo dos de las entradas. niveles de desempeño: excelente, bueno, suficiente e insuficiente. Los resultados de En esta cuestión es preciso detenerse un esta evaluación se pueden percibir en la poco ya que sólo el 40% de los figura 5. estudiantes mostraron en sus portafolios electrónicos todas las entradas que se les especificaron con antelación, el otro 60% de los estudiantes se dividen entre los rangos bueno, suficiente e insuficiente. Cabe mencionar que desde el comienzo del proyecto una de las principales dificultades fue que algunos de los estudiantes no entendían bien el concepto de entrada y cómo se editaba, este tipo de Figura 5. Criterios y niveles de desempeño en el portafolio electrónico. dudas posiblemente pudieron haberse disipado de mejor manera, si la edición y En el caso de la pauta sobre la organización del portafolio electrónico presentación del portafolio electrónico, en hubieran sido elaborados en el salón de el nivel excelente están catalogados clase. aquellos portafolios que presentaron los siguientes elementos: una breve biografía 40 En cuanto el criterio sobre el diseño del por otro lado, hubo muestras de cómo portafolio electrónico los resultados se algunos de los estudiantes personalizaron observan en la figura 6. su página y emplearon muchas de las herramientas que ofrece la plataforma WIX. Otro punto que fue considerado para la evaluación del portafolio electrónico correspondió al ejercicio de adjuntar los dos borradores que se trabajaron previo a Figura 6. Resultados de la evaluación sobre el la versión final del ensayo. En la figura 7 diseño del portafolio electrónico. se puede percibir que el 30% de los El 50% de los portafolios electrónicos estudiantes alcanzaron el nivel excelente evaluados con relación al diseño del debido a que el portafolio electrónico que mismo, alcanzan el nivel de desempeño presentaron contenía las evidencias sobre designado como bueno porque contiene su proceso de escritura, es decir dos la mayoría de los siguientes elementos: borradores con más de cinco título, diseño claro y creativo, menú modificaciones para mejorar su escrito y sencillo de acceder a la clasificación de su la versión final del ensayo con las contenido y una tipografía fácil de leer. observaciones que fueron efectuadas Así mismo, el 30% de los portafolios tanto por el compañero que revisó su electrónicos demostraron un nivel entre primer borrador, así como por el profesor. suficiente e insuficiente de desempeño Otro 20% obtuvo el nivel bueno, pues debido a que sólo registraron algunos o contenían al menos dos de los elementos menos de dos elementos señalados, con las características indicadas. En el mientras que un 20% alcanzó el nivel de nivel suficiente de desempeño se excelencia pues contaban con cada una encontraron 30% de los portafolios de las características establecidas. electrónicos ya que sólo reunían una de Aunque la herramienta (plataforma WIX) las evidencias con las características con que se solicitó trabajar el portafolio adecuadas y por último un 30% obtuvo el electrónico se caracteriza por contener nivel insuficiente porque presentó las una serie de recursos como un sin fin de evidencias sin contemplar las diferentes plantillas y herramientas para la modificaciones u observaciones que se le edición que permiten personalizar una realizaron para mejorar su escrito. página web, pocos fueron los estudiantes que aprovecharon los mecanismos que ofrece la plataforma para construir un espacio personalizado, incluso hubo algunas páginas de los estudiantes donde no fueron modificadas los encabezados o Figura 7. Evaluación registro de borradores. títulos de las plantillas que eligieron. Pero, 41 4. Discusión secuencia didáctica, la estrategia y Las nuevas tecnologías de la metodología didáctica en que estará información y comunicación (TIC) han inmerso el uso del portafolio electrónico, venido otorgando desde hace algunos ya que, sin ello, la herramienta tecnológica años, beneficios indiscutibles a cada uno pueda ser ineficiente para los fines de los elementos del proceso educativo, planteados. estudiantes, docentes, y centros Otro punto importante a considerar es el educativos han sido favorecidos con las referente a la conexión a internet en las múltiples herramientas, programas, instituciones en que se implementen aplicaciones, canales de comunicación e proyectos con incorporación de las TIC, interacción que éstas pueden llegar a pues, aunque el estudiante en casa tenga ofrecer. acceso a internet y pueda trabajar desde Además, en la actualidad, uno de los ahí, desde esta reflexión se constató que imperativos de los sistemas educativos es muchas de las dudas de los estudiantes la implementación del uso de las TIC respecto al uso de la plataforma digital no como un eje central para potenciar en los se resolvieron al instante pues la falta de estudiantes el desarrollo de las conexión a internet mermó en distintas habilidades y competencias necesarias ocasiones la posibilidad de hacerlo in situ. para desenvolverse en la complejidad de Por otro lado, se debe señalar que al inicio las sociedades contemporáneas. del proyecto hubo desorientación con el Sin embargo, es importante recordar, que uso de la herramienta tecnológica pues el uso de las TIC por sí mismo no brinda para muchos de los estudiantes era su una ventaja per se, sino que dependerá de primer acercamiento con este tipo de la intención y la estrategia de enseñanza plataformas digitales, sin embargo, poco a con la que se implemente dicha poco los estudiantes se fueron tecnología, tal como se menciona en el familiarizando hasta conseguir un mejor texto sobre “20 Claves educativas para el manejo de la herramienta. 2020”, “las herramientas tecnológicas 5. Conclusiones deben obedecer a los objetivos Si la evaluación es un recurso curriculares y a la selección de una fundamental para el proceso de metodología de aprendizaje acorde, por lo enseñanza-aprendizaje ya que sin ella no tanto son el último paso a emprender” se podría dar cuenta de los aprendizajes (Fundación telefónica, 2013, p. 14). obtenidos, ni de los errores, debilidades o Tras la experiencia de haber incorporado carencias que se tengan, si a través de la el portafolio electrónico como un evaluación es posible tomar decisiones instrumento para favorecer la evaluación que favorezcan o perfeccionen las auténtica se puede afirmar que es de estrategias didácticas, los métodos, o suma importancia tener claro los instrumentos de evaluación, o los objetivos, los elemento que integran una 42 recursos y materiales didácticos para trabajo de los estudiantes donde ponen en mejorar dicho proceso. práctica sus habilidades y competencias. ¿Cómo entonces es adecuado Pero también se debe señalar que la desarrollarla?, ¿cómo impulsarla?, ¿cómo aplicación del uso del portafolio darle seguimiento? Entre diversos electrónico como recurso para la métodos, técnicas e instrumentos, ¿será evaluación auténtica demanda tiempo, entonces el portafolio electrónico un organización, diseño y compromiso, por lo instrumento que favorezca la evaluación consiguiente es importante contemplar auténtica? dichos aspectos antes de su empleo. Lo claro es que el portafolio electrónico es una herramienta útil para mostrar el Referencias proceso en la realización de una tarea y el Argumedo, G. (2013). El portafolio como desarrollo de las destrezas adquiridas y instrumento de evaluación. In M. Arbesú de las que aún faltan reforzar. & F. Díaz-Barriga (Eds.), Portafolio En este estudio se pudo percibir una serie Docente: fundamentos, modelos y de habilidades que los estudiantes experiencias. (pp. 323–342). Madrid: pudieron alcanzar, por ejemplo: Ediciones Díaz Santos. Bisquerra, R. (2004). Metodología de la ● Plantear una tesis de manera clara. investigación educativa. Madrid: La Estructurar un ensayo en tres partes: ● Muralla. introducción, desarrollo y conclusión. Díaz-Barriga, F., & Heredia, H. (2013). ● Adecuar el texto al destinatario. Espejo, mapa y soneto: La naturaleza ● Reflexionar sobre su aprendizaje. reflexiva del portafolio electrónico de ● Identificar dificultades en su proceso evidencias construido por estudiantes de escritura. universitarios. In F. Diaz-Barriga & M. ● Reconocer sus logros y avances. Arbesú (Eds.), Portafolio Docente: ● Trabajar colaborativamente. fundamentos, modelos y experiencias. ● Autoevaluar su propio trabajo. Madrid. Fundación telefónica. (2013). 20 Claves ● Evaluar y retroalimentar a sus Educativas para el 2020 ¿Cómo debería compañeros. ser la educación del siglo XXI? Recuperado de En conclusión, es evidente que las http://www.redage.org/sites/default/files/ evaluaciones auténticas y más adjuntos/20_encuentrointernacionaleduc específicamente los portafolios acion_1.pdf electrónicos de los estudiantes pueden Martínez, N. (2002). El portafolio como ser herramientas efectivas para fomentar mecanismo de validación del la autoevaluación, la reflexión del propio aprendizaje. Perfiles Educativos, 24(95), aprendizaje de los estudiantes. Y a la vez 54–66. Retrieved from permiten que los educadores evalúen el http://www.scielo.org.mx/scielo.php?scri pt=sci_arttext&pid=S0185- desempeño y el progreso de los 26982002000100005&lng=es&tlng=es. estudiantes basándose en muestras del Torres, J. J., & Rodríguez, J. (2010). Los e-43 portafolios en la evaluación de acion.com/sites/default/files/field/adjunto competencias en el espacio europeo de s/los_e- educación superior. 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Sevilla. ducacion_superior.pdf Retrieved from http://www.gabinetecomunicacionyeduc 44 Modelos para el diseño de cursos en la modalidad semi-escolarizada Pacheco Sánchez Gabriela1, Rodríguez Aguilera Anna Erika, Xicoténcatl Ramírez Gabriela, Campbell Rodríguez Viviana Michell, Jesús Armando Rincones gaby.56@live.com1 Resumen El objetivo de esta investigación fue desarrollar una plataforma para el Learning Design, en un entorno tecnológico para adecuarlo a cualquier unidad de aprendizaje, grado de estudio, en una modalidad semi-escolarizada para facilitar a los docentes la organización de cursos e incrementar la calidad educativa, donde se enfoca en el conocimiento del diseño instruccional es el cual es el proceso donde el docente selecciona el método, bases pedagógicas que utilizara en su unidad de aprendizaje (IEEE, 2001) y junto con el Learning Design el cual fue definido como la descripción del proceso de enseñanza aprendizaje (Koper, 2004) con ayuda de los lenguajes que ayudan a visualizar lo cursos o unidades de aprendizaje de manera más gráfica y organizada. La metodología que se utilizó fue basada en diseño (Reeves, 2000). Se analizaron los modelos de diseño instruccional y se seleccionó el modelo ADDIE debido a sus características, en cuanto al lenguaje de modelado se realizó una comparativa entre los EML y se eligió E2ML de Botturi con la finalidad de adaptarlo a la modalidad semi-escolarizada para realizar una plataforma y llevarla a prueba en la preparatoria de la Universidad Autónoma de Querétaro. Se observó que los profesores utilizaban el mismo material que en la modalidad presencial, por tanto, se realizó el diseño en el sistema dos materias que contemplan una metodología fundamentada en el diseño instruccional y el learning design. Palabras clave: Cursos de aprendizaje, diseño Instruccional, learning Design, semi- escolarizada. 1. Introducción puede hacerse un trabajo cansado, tardado y poco organizado. La educación es factor importante para un desarrollo individual y en la sociedad, El diseño de sus cursos tiende hacer un tiene como elemento esencial a los trabajo molesto, robusto que requiere el docentes los cuales son guías, conocimiento de técnicas y herramientas facilitadores, personas dedicadas a adecuadas. El diseño instruccional es un enseñar a sus estudiantes. El docente proceso donde el docente define los tiene la responsabilidad de realizar su métodos de enseñanza que impartirá material didáctico el cual es la herramienta durante sus cursos de aprendizaje para de trabajo que impartirá en sus clases estudiantes en un contexto específico abarcando los temas, objetivos y para llegar a una meta definida (IEEE, conocimientos que contiene el temario, 2001). Estas se pueden utilizar en todas las modalidades como presencial, a 45 distancia y semi-escolarizada y con estas garantía de rigor y validez de todo el herramientas se pretende hacer el trabajo proceso (Bott, 2014). más completo y fácil para el docente. El continuo aumento en la cantidad de Esta investigación se apoya en tres pilares ofertas de cursos en línea ha propiciado principales los cuales fueron investigados que se nazcan estándares para su y documentados el primero es la creación, aplicación e implementación. modalidad semi-escolarizada la cual es el Esto permite que la creación, diseño, contexto, donde se llevó a cabo las selección y uso de los materiales entrevistas, desarrollo de curso, didácticos a ser incorporados a los cursos aplicación de la plataforma y evaluación en línea vayan a tono con las de esta, el segundo pilar es el diseño expectativas, metas y objetivos del instruccional que son nuestros programa tradicional. Para esto es fundamentos pedagógicos modelos, necesaria la participación del diseñador estrategias, guía para los docentes y instruccional (DI) en todas las fases de la finalmente Learning Design herramienta creación de los cursos y/o programas que proporciona lenguajes de modelado académicos. con los que permite ver de manera visual 1.1 Entorno Educativo y completa los cursos de aprendizaje. El diseño de entornos educativos no es Cualquier curso de diferente tamaño, nivel solo objetos, herramientas e y tiempo requiere de las teorías de instalaciones, es encontrar el conjunto de aprendizaje y las estrategias didácticas, metas, reglas e interacciones que harán también es indispensable conocer el posible el aprendizaje. Entorno educativo medio tecnológico con el fin de generar es un artefacto como objeto de diseño, ambientes de aprendizaje adaptados a las pero es una dinámica viva una vez que modalidades, considerando las está en funcionamiento, y que las tecnologías como instrumentos cognitivos personas reales realmente interactúan en que el estudiante va a manipular para ella (Curran, 1976). Según Botturi & edificar su conocimiento. En caso de que Colombetti (2003) El entorno educativo es estos ambientes de aprendizaje no un sistema compuesto por actores, utilizan un diseño instruccional apropiado interacciones, roles, metas, objetivos, a la modalidad virtual no alcanzará una contenidos, materiales, espacios, planificación oportuna del proceso herramientas, recursos y limitaciones con formativo con una oferta didáctica definida una organización global estratégica y y los beneficios de las actividades de holística de estos elementos, donde la aprendizaje pueden verse disminuidos acción de la enseñanza y el notablemente. Lo que muestra que el acontecimiento del aprendizaje pueden diseño instruccional no debe dejar de lado tener lugar favorablemente. en la producción e implementación de ningún recurso educativo o ambiente virtual de aprendizaje, sino que sirve como 46 1.2 Diseño instruccional mejorar la práctica educativa mediante El diseño instruccional es necesario en análisis, diseño, desarrollo e cualquier modalidad, para organizar de implementación iterativos, basados en la una manera sistemática el proceso colaboración de investigadores y enseñanza aprendizaje. Según practicantes en un entorno real y que (Reigeluth, 1983) es la disciplina en donde persigue principios de diseño y teoría la instrucción es una relación entre el basadas en contexto (Wang & Hannafin, entendimiento y el desarrollo de un 2005). El modelo propuesto por (Reeves, proceso, que consiste primordialmente en 2000) lleva una serie de pasos como se la prescripción de métodos óptimos de muestra en la Figura 2 donde comienza enseñanza, con la intención de promover con el análisis de la situación y la cambios en las habilidades y definición del problema. Las posibles conocimientos de los estudiantes. El soluciones se diseñan a partir de un diseño instruccional es fundamental para marco teórico de referencia, de ahí la la educación, ya que es el camino o guía importancia de la evaluación y revisión, que todos los docentes deben definir, para que incide tanto sobre la fundamentación dirigir su curso independientemente de la teórica como sobre los puntos positivos y modalidad educativa donde se imparta. negativos de la intervención. La fase También Berger & Kam (1996) definen el siguiente es la implementación seguida de diseño instruccional como la ciencia de la recogida de información, esta última se creación de descripciones precisas para lleva a cabo a lo largo de todo el proceso. el desarrollo, implementación, evaluación, El proceso de investigación se resume y mantenimiento de entornos que facilitan mediante ciclos continuos de diseño, el aprendizaje de pequeñas y grandes validación, análisis y rediseño la unidades de contenidos, en diferentes intervención. niveles de complejidad. Learning Design es la descripción del proceso de enseñanza aprendizaje que se lleva a cabo en una unidad de aprendizaje como cursos, lecciones o cualquier otro Figura 1. Proceso de la investigación de desarrollo. Fuente: Reeves (2000). evento de aprendizaje (Koper, 2004). Su principal objetivo es obtener modelos más 2.1. Fase I: Análisis de la situación. sistemáticos, con bases pedagógicas y se Se buscó información sobre las pueda representar de manera visual. escuelas semi-escolarizadas existentes en México, con sus beneficios, currículas, características para después realizando 2. Metodología tablas comparativas. También se La metodología que se utilizó en esta realizaron las investigaciones previas en investigación es basada en diseño es temas similares como modalidad a sistemática flexible, está enfocada a distancia y los modelos de diseño 47 instruccional junto con la existencia y 3. Resultados evolución de learning design. En la Universidad Autónoma de 2.2. Fase II: Desarrollo de las Querétaro escuela de bachilleres semi- soluciones de acuerdo a una. escolarizado nos apoyó en esta Con base a entrevistas realizadas a los investigación principalmente en dos profesores de la modalidad semi- materias, Matemáticas e informática, escolarizada de la UAQ se realizó el inicialmente entrevistamos a los diseño de cursos adecuados en base a él profesores que imparten estas materias, análisis, investigación de métodos, guías, con las que se pudo recabar la siguiente diagramas, procedimientos y con la ayuda información de los principales temas. de material didáctico y temario de la 3.1 Diseño del curso escuela se complementó principalmente Durante las entrevistas se observó que en actividades, información, herramientas los cursos no se diseñan en su totalidad y tecnológicas especificando todo, comentaron que llevan tiempo herramientas, objetivos, exámenes, etc. aplicándolos, el tiempo que les lleva diseñarlo es indeterminado porque solo 2.3. Fase III: Implementación. usan el programa (temario) que les asignan. No cuentan con los Se aplicará el diseño del curso a los 50 conocimientos del diseño instruccional por estudiantes de media superior en la lo que no lo utilizan para su análisis, preparatoria de la Universidad Autónoma creación, desarrollo, implementación y de Querétaro, en dos materias Cálculo e evaluación de sus cursos de aprendizaje, Informática con ayuda de dos profesores tampoco cuenta con una herramienta la los cuales aportaron sus materiales cual le ayude a mostrar su curso de didácticos disponibles que los fuimos manera organizada y visual. Los objetivos complementando. de aprendizaje son un factor importante para medir el conocimiento que adquirió el alumno, los profesores utilizan los 2.4. Fase IV: Validación. objetivos marcados en el programa de la Al momento de la aplicación del nuevo materia, no tienen noción de los objetivos diseño, se medirá el desempeño de los que cumplen con sus actividades. El docentes en la utilización de la tecnología tutorado se define a criterio de docente la y las herramientas que se les mayoría tiene días y horarios definidos proporcionaron con ayuda de las para que varios alumnos lleven sus dudas. observaciones al momento de utilizarlas y 3.2 Modalidad Semi-Escolarizada con ayuda de entrevistas y evaluar a los estudiantes con ayuda de las actividades Los maestros consideran que los asignadas y exámenes donde se tiene alumnos de esta modalidad semi- claro los objetivos de aprendizaje.es en escolarizada salen con los conocimientos negrita y cursiva, por ejemplo: necesarios para lograr entrar a las 48 universidades, pero no logran llevar todos los temas que contiene su programa, ya que cuentan con poco tiempo presencial. La manera de evaluar se adapta a la modalidad ya que es mayormente formativa, las que son actividades que Figura 2. Proceso de diseño de curso. realizan en cada clase donde se realizan Fuente: Elaboración propia. En base ADDIE. 40% en actividades virtuales y 60% actividades presenciales, pero en la Al término de la fundamentación teórica materia de matemáticas se trabaja se complementó con la tecnología, es una diferente dejando muy pocas actividades página web para su fácil acceso además virtuales. ayudó al ingresar la información necesaria dentro de un entorno de aprendizaje. En 3.3 Propuesta la Figura 3.2 se muestra la página en la En la investigación para seleccionar el sección del análisis, donde nos permite modelo de diseño instruccional por medio ingresar los objetivos, actividades y de una comparativa se optó por el modelo recursos del curso. ADDIE el cual contiene de 5 fases como se muestra en la Figura 3.1 donde permite codificaciones con el objetivo de adaptarse a cualquier situación o situación de aprendizaje pero este se combinó con un lenguaje de modelado el cual fue Educational Environment Modeling Language (EEML) herramienta Figura 3. Etapa de análisis. Fuente: para el análisis y diseño de los cursos en Elaboración propia. una plataforma realizada para apoyar a Análisis. La primera que se debe realizar los docentes a ingresar sus cursos de en el proceso. Los elementos que se manera más gráfica, esto se aplicó en la analizan son los objetivos de aprendizaje, Universidad Autónoma de Querétaro en la actividades para la materia, las preparatoria en la modalidad semi- herramientas como el o los sistemas que escolarizada. se utilizaran, estrategia y lo que se El proceso que se propone para el diseño requiera para llegar a los objetivos de de los cursos en una combinación del aprendizaje con los conocimientos previos diseño instruccional y el lenguaje EEML y finales deseados con ayuda de un como se muestra en la Figura 3.1. mapeo y descripción de objetivos y especificación de las actividades y recursos del curso. 49 Una vez terminado de ingresar todos los implica una visión de servicio al resto del elementos del entorno se realiza el diseño equipo: yo no lo puedo hacer mal, ni debo como se muestra en la Figura 3.3 donde retrasarme, de modo que facilite las cosas se especificará en momento en el que se a quien después debe continuar con la llevará a cabo cada actividad, en qué tarea que yo le he entregado. Este momento se utilizan los recursos y se sistema de trabajo cooperativo- cumplirán los objetivos de aprendizaje. colaborativo es cada vez más utilizado entre docentes de un mismo centro e incluso de centros diferentes. Evaluación: Es muy importante, antes de publicar el contenido creado, evaluarlo para comprobar que funciona correctamente. Comentar un fallo, por mínimo que sea, y que en el momento de Figura 4. Etapa de diseño. Fuente: publicarlo puede desprestigiar todo el Elaboración propia. proyecto. En el proceso conviene hacer Diseño: En base a lo adquirido en la fase pruebas de evaluación de los materiales de análisis se procede a realizar el diseño que arreglaran el conjunto del proyecto y de un modelo completo y personalizado de su usabilidad una vez transformados. cubriendo las necesidades. Donde se Las evaluaciones intermedias tienen un plasma el entorno educativo de forma fin de control: lógicamente no se trata de general con el lenguaje de modelado replantear todo el curso a cada paso que E2ML el cual con la investigación anterior se da. fue la más óptima. Desarrollo: Con uso de sistemas o Finalmente, al término del curso se les plantillas donde ingresaron los realizó un cuestionario a los docentes requerimientos establecidos en la fase de sobre la satisfacción de la herramienta diseño para todos los componentes del implementada en la Figura 3.4 se muestra material. Cuanto más estructurada esté la la respuesta ante una de las preguntas elaboración del mismo, mayor control se más importantes que fue, la herramienta tendrá sobre el proceso y más garantía de te permitió ingresar todos los elementos conseguir la calidad deseada. Esta fase de tu curso, la respuesta fue positiva con incluye la realización incluye la elección totalmente de acuerdo y de acuerdo. de la herramienta de autor que utilizaremos, los requerimientos técnicos y el sistema de distribución. Implementación: El modelo elaborado y sus correspondientes procedimientos han de ser explicados al resto de participantes Figura 5. La herramienta te permitió del proyecto si los hubiera. Hay que darse ingresar todos los elementos de tu curso. Fuente: cuenta de que el trabajo por procesos Elaboración propia. 50 En la siguiente pregunta se cuestionó la no se realiza de manera correcta y en la facilidad de uso de la plataforma que de modalidad semi-escolarizada es aún más igual forma fue positiva con 62% complicado, en varias instituciones totalmente de acuerdo y 37% de acuerdo, utilizan solo lo mismo material que la como se muestra en la Figura 3.5. modalidad presencial sin adaptar las diferencias de tiempo llegando a ver menos temas de los requeridos para tener el estudio de media superior. El crecimiento de la tecnología y está lleno de herramientas para la educación por lo Figura 3. Consideras que la plataforma fue que esta modalidad debe aprovechar para fácil de usar. Fuente: Elaboración propia. compensar las diferencias y permitiendo 4. Discusión que los estudiantes ya salgan con los El desarrollar una metodología para el conocimientos esperados. En esta Learning Design, una selección y modalidad se utiliza mucho la evaluación adaptación por la modalidad semi- formativa utilizando las actividades que escolarizada apoyado de tecnología realizan en la clase o mandan por vía educativa para los cursos de aprendizaje, electrónica como evaluación. tiene como finalidad reducir el tiempo y Referencias esfuerzo del docente para su diseño de Berger, C. & Kam, R. (1996). Definitions of cursos de manera clara y completa. Instructional Design. Adapted from Existen diversos modelos de diseño “Training and Instructional Design”. instruccional al igual que lenguajes de Applied Research Laboratory, Penn modelado de Learning Design donde State University. Recuperado el 1 de dependiendo de varios factores como el mayo de 2016 desde, de: tiempo, necesidades, etc. El modelo de http://www.umich.edu/~ed626/define.ht Diseño instruccional base de esta ml investigación ADDIE es el más utilizado Bott, R. (2014). La Importancia del Diseñador Instruccional en el diseño de cursos en actualmente en las modalidades a línea. Igarss 2014, (1), 1–5. distancia y semi- escolarizado ya que https://doi.org/10.1007/s13398-014- cuenta con gran flexibilidad como por 0173-7.2 ejemplo la escuela UAPUAZ, UAQ, UAP, Botturi, L., & Colombetti, M. (2003). E2ML etc. Educational Environment Modeling 5. Conclusiones Language A dissertation presented by University of Lugano. Learning El diseño de cursos parte esencial para Technology, (November). lograr un aprendizaje más completo, esta Curran, C.A. (1976). Counseling-learning in investigación profundiza lo que se Second Languages. Apple River, IL: necesita para diseño de un curso Apple River Press. ayudando a los docentes a facilitar su IEEE (2001). Reference guide for instructional trabajo. En varias ocasiones este diseño design and development. Obtenido el 8 51 de junio de 2018 desde https://www- the 21st Century Symposium. Obtenido users.cs.york.ac.uk/~idb/ieee.instruct.pd el 8 de Septiembre de 2018 desde f http://treeves.coe.uga.edu/AERA2000R Koper, R. (2004). Current Research in eeves.pdf Learning Design. Educational Reigeluth, C. M. (1983). Instructional design Technology, 9, 13–22. What is it and why.pdf. Reeves, T. C. (2000). Enhancing the worth of Wang, F. y Hannafin, M. J. (2005). Design- instructional technology research based research and technology- through “design experiments” and other enhanced learning environments. development research strategies. Educational Technology Research and International Perspectives on Development, 53(4). pp. 5–23. Instructional Technology Research for 52 Propuesta de arquitectura para la integración de tecnologías para el diseño de la enseñanza y aprendizaje semi-escolarizado Rivera López Sofía Amadis1, Xicoténcatl Ramírez Gabriela2, Rincones Jesús Armando3 sofia.rivera.lopez@outlook.com1, gaby.xico@gmail.com2, armando.rincones@gmail.com3 Resumen El objetivo de esta investigación fue generar una arquitectura para la integración de tecnologías en el proceso de enseñanza aprendizaje en la etapa del diseño de la enseñanza y aprendizaje en la modalidad semi escolarizada; haciendo uso de los conceptos de Technology Enhanced Learning, los modelos de intervención del aprendizaje como el Collaborative Learning, el Problem Based Learning, el Proyect Based Learning, y el Research Based Learning, a su vez se analizó el proceso de enseñanza aprendizaje y las competencias de manera general para después aterrizarlas en el Marco Curricular Común del Sistema Nacional del Bachillerato en la Educación Media Superior en México; posteriormente se atendieron las problemáticas existentes en la Escuela de Bachilleres de la Universidad Autónoma de Querétaro en la modalidad Semi – Escolarizada. Se utilizó la metodología de investigación basada en el diseño, así como la metodología cualitativa y cuantitativa, realizando un estudio de la oferta en la institución a partir de su página web, se entrevistaron a profesores sobre el diseño instruccional, el diseño del aprendizaje y la estrategia para el tutoreo existente, a su vez se analizó el documento vigente de reestructuración del bachillerato semi escolarizado. Como resultado se observaron deficiencias en el diseño instruccional, en el diseño del aprendizaje, en el tutoreo y en el uso de las tecnologías, proponiendo así la arquitectura para la integración de las tecnologías a lo largo del proceso de enseñanza - aprendizaje, a través de un sistema web. Palabras clave: Proceso de enseñanza – aprendizaje, diseño del aprendizaje, modalidad semi – escolarizada, technology enhanced learning. 1. Introducción más viables (Díaz, Lucena, & Reche, Actualmente la sociedad en la que 2009).La modalidad semi-presencial vivimos requiere de estructuras estad definida como la integración de los organizativas flexibles en la educación aspectos útiles de los escenarios de la superior, que favorezcan tanto un amplio modalidad virtual como de la modalidad acceso al conocimiento como una tradicional, donde los estudiantes y los capacitación personal crítica y reflexiva profesores interactúan con y sin el uso de que favorezca la interpretación de la la tecnología. (Garrison & Vaughan, 2008 información y la generación del propio y Teselios et al., 2011) Implementar la conocimiento haciendo de la modalidad - metodología semi-presencial tiene como semi - escolarizada una de las opciones objetivo que el alumno no se enfoque en memorizar información si no que con 53 ayuda de las Tecnologías de la proceso de enseñanza - aprendizaje, este Información y Comunicación (TIC) sea lo definen los autores Avgeriou, capaz de seleccionar aquella información Papasalouros & Retalis (2001) como un que le sea más útil y de las fuentes más Sistema de Aprendizaje que utiliza fiables y con ello construir su propio Tecnologías de Información (Learning conocimiento orientando así al Technology Systems, LTS) es decir que el aprendizaje autónomo, acompañado de e – learning es un LTS pero enfocado al ventajas como la flexibilidad de horario, el aprendizaje a distancia, adicionalmente aprendizaje colaborativo, un aumento en hay que mencionar las tres características la calidad de la educación ofertada. (Díaz principales de este tipo de aprendizaje et al., 2009). (Tavangarian, Leypold, Nölting, Röser, & Los estudiantes valoran la mayor y mejor Voigt, 2004): cantidad de interacción con los profesores ● Puede tener acceso a distancia y compañeros que esta modalidad ofrece ● Usar tecnología basada en web o (Garrison & Vaughan, 2008). La empleando el internet implementación efectiva de esta Utiliza tecnología digital multimedia para modalidad permite el desarrollo del facilitar la comunicación entre los aprendizaje de la comunidad, lo cual estudiantes. promueve la interacción de los 1.2. Proceso de enseñanza aprendizaje estudiantes con sus profesores y aumenta y competencias la satisfacción de la experiencia del aprendizaje en los estudiantes (Lin, 2008). Tomando como punto de referencia la afirmación del autor Olivé (2007) que el 1.1. Arquitectura para la integración de aprendizaje no es solo una forma de las tecnologías que apoyen el proceso presentación de datos, si no que la de enseñanza aprendizaje. información está constituida por datos que Len, Paul & Rick, (2003), Kruchten, representan el estado del mundo; la Booch, Bittner & Reitman (2004) definen información se acumula, se transmite y se una arquitectura en la rama de la analiza, para después incorporarse a un ingeniería del software como “La acervo de conocimiento. Una vez creados colección de estructuras de sistema y su estos conocimientos después de una interconexión como resultado del proceso síntesis de información analizada, se de descomposición que describe la visión genera una definición particular de la en conjunto del software”, también es realidad con la intención de alcanzar una llamada herramienta para la satisfacción transformación de este mundo mediante de requerimientos de calidad, la reflexión activa. Así se establecen las adicionalmente los beneficios de bases no solo de un acto de conocimiento, desarrollar software por medio de una sino un proceso de comprensión, en el arquitectura, posteriormente se tiene que que intervienen una serie de acciones o definir el e – learning para entender cómo desempeños que ponen en evidencia el es que la tecnología entra dentro del 54 desarrollo de un cúmulo de conocimientos ● Competencias específicas: que del que se logran procesos de comprende el conocimiento incorporación personal como el concreto de cada área temática. apropiamiento. La sabiduría es una competencia, ya que nos ayuda a perfilar 1.4. Modalidades de oferta de la realidad compleja de una manera educación en México trascendental a través del tiempo, La Ley General de Educación (LGE) haciendo que el ser humano se desarrolle. reconoce tres modalidades de oferta de La sabiduría Sternberg (1994), la define educación, la escolarizada que es la como una competencia general, un educación tradicional en la que el conocimiento pragmático basada en la estudiante contempla más de un 80% de experiencia, pero sobre todo como el supervisión de parte del docente en las desarrollo de destrezas meta - analíticas, actividades de aprendizaje, la no evaluativas o reflexivas que llevan un escolarizada que contempla un mínimo de estado o condición deseable, pues ayuda 20% de supervisión de parte del docente a decidir el curso de acción óptimo. en las actividades de aprendizaje y está 1.3. Clasificación de las competencias dividida entre la abierta y a distancia y por último la mixta, que es aquella, donde se Tomando como referencia el proyecto integra la escolarizada y la no Tuning (2006) que fue desarrollado por el escolarizada, esta integración se Espacio Europeo de Educación Superior muestran en la figura 1 que se muestra a (EEES) nacido dentro de la Declaración continuación. de Bolonia pretendió atender a la necesidad de alcanzar estructuras Educación comunes de educación; de acuerdo con la propuesta estipulada en el proyecto, el rol Formal No formal Informal del estudiante es adquirir o desarrollar competencias a lo largo del proceso de Escolarizad Formal Mixta aprendizaje y los profesores son aquellos a que fungen como guías por medio de un Abierta A distancia proceso de planeación didáctica. Este proyecto distingue dos competencias Figura 1. Modalidades de la oferta educativa como las principales y de las cuales se según la LGE. Fuente: Elaboración propia con desprenden todas las demás: base en Secretaría de Educación Pública, Acuerdo 442 (2008). ● Competencias genéricas o 1.5. Modalidad semi –Escolarizada en transversales: comprenden las México competencias que involucran conocimientos transferibles. La modalidad de educación semi - escolarizada en México, la define la Institución de Educación Media Superior del Distrito Federal y la LGE como la 55 “combinación dos formas de trabajo ● La instancia que certificará podrá académico: sesiones tipo clase (típicas de ser una institución pública o los sistemas escolarizados) y el estudio privada. independiente (que promueven los 1.6. Technology Enhanced Learning sistemas abiertos).” Se entiende por esta Partiendo de que el proceso de modalidad la implementación de cursos aprendizaje se encuentra en constante de manera presencial y virtual es decir evolución y con la implementación de las que los estudiantes de esta modalidad Tecnologías de la Información y de la emplean recursos y plataformas Comunicación en la vida diaria han tecnológicos como medios para surgido múltiples formas para adquirir, complementar y ayuda en su proceso de generar, almacenar, transmitir y distribuir aprendizaje, ahí de que la importancia de información haciendo así cambios las tecnologías que se emplean para la estructurales en la que la sociedad lleva impartición de cursos en esta modalidad; las relaciones sociales, en el trabajo, la para esto se listan los elementos con los economía, la política la cultura. (Olivé, que deberá de contar la modalidad semi 2007). escolarizada o mixta a nivel medio superior en México: (Secretaría de Los planes y programas de estudio deben Educación Pública, Acuerdo 445, 2008). atender las necesidades de pertinencia personal, social y laboral, en el contexto El porcentaje mínimo de actividades de de las circunstancias del mundo actual, aprendizaje bajo la supervisión del caracterizado por su dinamismo y docente deberá de ser de un 40 por creciente pluralidad. Por lo que la ciento. modalidad semi - escolarizada ● La trayectoria curricular estar debidamente implementada apoyada en preestablecida. las TIC de manera eficiente puede dar ● La mediación del docente será solución a este tipo de problema. Uno de obligatoria. los grandes pilares de la modalidad semi - ● El espacio del plantel será un escolarizada es el Technology Enhanced domicilio determinado. Learning (TEL), Chan et al. (2006) lo ● El personal docente será fijo. define como “La tecnología digital que ● El tipo de estudiante podrá ser apoya al aprendizaje de humanos” (p. 5), diverso. es decir que se deben de tomar las TIC ● La duración de cursos será fija, como estructura básica para poder pero el horario podrá ser flexible. implementar esta modalidad ya que con ● La instancia educativa será aquella esto se apoyara a los profesores tanto a que realice la evaluación. los estudiantes con el proceso de ● El requisito para la certificación enseñanza aprendizaje. será el cumplimiento del plan de estudios. 56 1.7. Collaborative Learning profundo entendimiento del problema. Uno de los modelos de intervención del (Barrows & Tamblyn, 1980 y Hmelo-Silver, aprendizaje es el Collaborative Learning 2004). (CL) para entender qué es el aprendizaje Barrows (2000) y Torp & Sage (2002) colaborativo hay que mencionar lo que es definen que está enfocado en el la colaboración está la definen Chan, aprendizaje experimental organizado Roschelle & Teasley (2006) como “La alrededor de la investigación, explicación actividad coordinada y asíncrona y resolución de problemas significante. resultada de del continuo intento de Este tipo de aprendizaje toma lugar en construir y mantener la concepción pequeños grupos en los cuales aprenden compartida de un problema”; partiendo de a trabajar de manera colaborativa, esta definición se encuentra con que el aprenden a escuchar, a explicar, a aprendizaje colaborativo de acuerdo con preguntar, a resolver dudas y a debatir y los autores Harasim, Hiltz, Teles & Turoff se desarrolla la colaboración en grupo. (1995, p. 71) es “El proceso mediante el 1.9. Proyect Based Learning cual dos o más individuos trabajan juntos para crear algo, explorar un tema y probar El modelo de intervención del habilidades” a su vez que López-Yáñez et aprendizaje Proyect Based Learning al. (2015, p. 941) lo define de manera (PROYBL) puede definir como el enfoque global como “Una situación en la cual dos constructivista que asiste a los o más personas intentan aprender algo”. estudiantes a ganar un entendimiento Tu & Corry (2003) aseguran que los más profundo de los materiales a través humanos aprenden a través de la del compromiso con el proceso orientado interacción social, cuando los miembros de la investigación de problemas de una comunidad trabajan por un mismo significativos reales donde los estudiantes propósito en este caso el aprendizaje es busquen resolver una pregunta , exploren considerado colaboración (Vesely et al., donde está situada la cuestión, 2007) dándole un poco más de contexto el investigación auténtica, resolución principal objetivo de del CL es asistir a la colaborativa del problema, basándose enseñanza en un objetivo educacional siempre en la extensión de la habilidad del específico a través de actividades aprendizaje y crear un producto que dé coordinadas y compartidas lo que significa respuesta a la pregunta planteada. la interacción de las personas dentro del Basado en la taxonomía de Bloom los grupo de CL. maestros deben de cambiar el enfoque centrado en los maestros ha centrado en 1.8. Problem Based Learning los estudiantes. Este modelo de intervención del 1.10. Research Based Learning aprendizaje se centra en problemas complejos el cual emplea un enfoque El modelo de intervención del inductivo y contextual para la construcción aprendizaje research based learning y testeo de la hipótesis para desarrollar un (RBL) lo define Hodson (1992) en tres 57 vertientes en el aprendizaje de la continuos de diseño, validación, análisis y investigación, el aprendizaje a través de la rediseño, conduciendo las diferentes investigación y el aprendizaje de hacer iteraciones a la mejora del cuerpo teórico investigación; en base a esta definición y el perfeccionamiento de la intervención. Visser-Wijnveen (2013) género el modelo 2. Objetivo General que se muestra en la Figura 2 se puede notar en el cuatro vertientes que es la Desarrollar una arquitectura para la producción del conocimiento, la integración de tecnologías para el diseño transmisión del conocimiento, el proceso de la enseñanza y aprendizaje efectivo de la investigación y los producto de la semi-escolarizado tomando como base el investigación. modelo educativo de la escuela de bachilleres de la UAQ, para impulsar el Producción del conocimiento aprendizaje y adquisición de Producción del Producción del aprendizaje aprendizaje competencias y habilidades que incluye el enfocado en la enfocado en el generación de proceso de la modelo educativo. productos de la investigación investigación Objetivos Específicos Productos de Proceso de la la Producción del Producción del investigación investigación aprendizaje aprendizaje ● Especificar el diseño de un basado en la basado en el generación de proceso de la escenario de enseñanza - productos de la investigación investigación aprendizaje para la estructuración Transmisión de Transmisión los productos de cursos. del proceso de de la la investigación investigación Transmisión del aprendizaje ● Desarrollar un sistema para la integración de aplicaciones Figura 2. Modelo de relación entre el requeridas en un escenario de conocimiento y la investigación. Fuente: Elaboración propia con base en Visser-Wijnveen enseñanza - aprendizaje. (2013). ● Desarrollar un sistema para la 2. Metodología utilización de aplicaciones requeridas en un escenario de La metodología de investigación enseñanza - aprendizaje. empleada fue la investigación cualitativa, cuantitativa y la metodología de ● Desarrollar un sistema para la Investigación Basada en el Diseño (IBD) utilización de aplicaciones de según argumentó Van den Akker (1999), evaluación y seguimiento del la investigación tradicional provee desempeño de los estudiantes enfoques a la experimentación, análisis dentro de un escenario de de la información con énfasis a la enseñanza - aprendizaje. descripción y pocos aportes utilizables en ● Desarrollar un sistema para la el diseño y desarrollo de soluciones a las integración de herramientas de problemáticas existentes. Reeves et al. comunicación dentro de un (2005) plantea que el proceso de ambiente de enseñanza - investigación se concreta mediante ciclos 58 aprendizaje entre tutores y realizaron un análisis del panorama, la estudiantes. situación y del contexto en el que se 2.1. Diseño metodológico de la encuentra la problemática; haciendo uso investigación de la información disponible en la página oficial de la BSE-UAQ (Universidad La metodología de investigación Autónoma de Querétaro, 2018), se basada en el diseño consta de las identificó el grado que se otorga en el siguientes fases las cuales fueron bachillerato, la duración del plan, el desarrolladas a lo largo del proceso de número de asignaturas, de créditos, la creación de la arquitectura: carga horaria, el tipo de plan que maneja ● Análisis de la situación y contexto y la carga horaria que lleva para poder en donde se presenta la llamarse modalidad semi – escolarizada, problemática, realización de la del documento de Reestructuración del investigación pertinente para una Bachillerato Semi Escolarizado Plan de adecuada fundamentación teórica. Estudios 2010 UAQ (Velázquez et al., 2011).se identificaron los objetivos ● Fase de desarrollo de la curriculares que pretende apegarse el arquitectura basándose en la BSE-UAQ, como el objetivo general, el fundamentación teórica que se objetivo particular, los perfiles de los obtuvo de la investigación estudiantes, perfil de los profesores y el realizada. mapa curricular. Posteriormente se ● Fase de implementación de la realizaron una serie de entrevistas a arquitectura desarrollada. profesores que imparten clases en la de la ● Fase de validación o evaluación en BSE-UAQ en las cuales se obtuvo la cual se valida y evalúa si la información de primera mano acerca de la arquitectura cumplió con los forma en la cual estructuraban el plan, así objetivos planteados. como la estructura de las sesiones, la forma en la que trabajan su materia, la ● Fase de producción de la interacción que tiene con los estudiantes, documentación y principios de los rangos de edad que generalmente diseño los cuales serán generados ingresan, el porcentaje de deserción y por a partir de los resultados de las último se les solicitó que se me validaciones y evaluaciones. proporcionará el diseño instruccional, el 3. Resultados diseño del aprendizaje, la forma de evaluación y la forma de llevar el tutoreo y 3.1. Página Web Oficial de la Escuela la comunicación con los estudiantes. de Bachilleres de la Universidad Autónoma de Querétaro 3.2. Análisis General del Plan de Estudios Empleando como pilar la metodología de investigación basada en el diseño, La metodología de investigación como lo marca la metodología se basada en el diseño, marca como primera 59 fase un análisis del panorama, la situación BSE-UAQ; en las cuales se obtuvo y del contexto en el que se encuentra la información de primera mano acerca de la problemática; haciendo uso de la estructura del plan, el cual consiste de los información disponible en la página oficial siguientes puntos: del BSE-UAQ (Universidad Autónoma de Querétaro, 2018), se identificó el grado que se otorga en el bachillerato , la ● El trimestre consta de 11 sesiones duración del plan, el número de ● El trabajo efectivo se imparte en 10 asignaturas, de créditos, la carga horaria, sesiones el tipo de plan que maneja y la carga ● La 11va sesión es de examen horaria que lleva para poder llamarse modalidad semi – escolarizada; las ● Cada sesión consta de 1 hora y 40 características mencionadas se minutos encuentran especificadas en la Tabla 1 en la cual se puede apreciar que cumple con Haciendo un análisis de esta información algunos los elementos básicos que marca y de la información que muestra la Tabla la Secretaría de Educación Pública, 2 se identificó que los estudiantes deben Acuerdo 445 (2008) para que pueda ser de tomar 5 horas por semana por cada llamada semi – escolarizada y poder una de las materias cursadas al trimestre ofertar programas educativos con el de forma presencial solo se toman 1 hora nombre de esta modalidad. 40 minutos y las otras 3 horas y 20 Tabla 1. Características generales del BSE-UAQ. minutos son para trabajo a distancia. Tabla 2. Horas Hipotéticas de Trabajo en el BSE- UAQ. Fuente: Elaboración propia. Fuente: Elaboración propia. La información que se obtuvo del documento de Reestructuración del 3.3. Integración de las TIC en aula de Bachillerato Semi Escolarizado Plan de clase Estudios 2010 UAQ y de las entrevistas realizadas en el BSE-UAQ comparando Para poder hacer un análisis más las horas necesarias para cumplir con lo profundo y obtener el contexto real de la que está siendo ofertado en el mapa situación actual de la forma de trabajo, se curricular y la cantidad de horas de trabajo realizaron una serie de entrevistas a que se llevan a cabo realmente se profesores que imparten clases en el 60 identificó una problemática muy grave, y con el uso de esta, para llegar a esto se muestra en la Tabla 3 en la que se resultados cuantificables se creó e muestran las horas reales de trabajo implementó con los profesores ya presencial y a distancia. mencionados, un cuestionario para la Tabla 3. Horas Reales de Trabajo en el BSE-UAQ. comprobación de la efectividad de la arquitectura empleando las posibles respuestas: Totalmente de acuerdo, De acuerdo, Ni de acuerdo ni en desacuerdo, En Desacuerdo y Totalmente en Fuente: Elaboración propia. desacuerdo, basándose en las respuestas planteadas en la escala de Likert; el Se puede apreciar con el análisis cuestionario consta de veinte preguntas anterior que las 3 horas y 20 minutos que las cuales se dividen en tres secciones: en son para trabajo a distancia no se están la primera se presentaron aprovechando de manera adecuada o en cuestionamientos de información general el peor de los casos no se están y anónima ya que para los fines de la impartiendo; por lo cual a continuación se investigación se consideró incensario al presentarán una serie de propuestas para nombre del profesor, la segunda sección reestructurar los cursos y aprovechar de fue Actitudinal ante el uso de herramientas manera eficiente las 5 horas asignadas basadas en TIC hasta antes de conocer la por materia y hacer uso de las TIC, así arquitectura y la tercera sección de como propuestas para ayudar a los experiencia de usuario frente a la profesores a introducir las TIC al proceso arquitectura propuesta. de enseñanza aprendizaje apegándose al modelo educativo de la institución. Los resultados obtenidos del cuestionario aplicado a los profesores del BSE-UAQ 3.4. Resultados de la percepción de los proporcionó un panorama claro del grado docentes en el uso de la propuesta de de impacto, usabilidad, aplicabilidad, Arquitectura para la integración de beneficio y efectividad de la arquitectura tecnologías para el diseño de la propuesta en diferentes cursos que se enseñanza y aprendizaje semi – imparten dentro de esta institución escolarizado partiendo de la opinión personal de los Para comprobar la validez de la profesores participantes. arquitectura propuesta, esta fue 4. Discusión presentada, explicada y proporcionada a diversos profesores que actualmente Es importante desarrollar e laboran dentro del BSE-UAQ y se les implementar en una plataforma VLE la solicitó que realizaran un análisis de la arquitectura propuesta para poder manera en la que a la actualidad generan potencializar el aprendizaje en el BSE – el desarrollo de la fase del diseño UAQ que cumpla con a las necesidades instruccional sin el uso de la arquitectura específicas que tiene la institución y que ésta sea empleada por profesores y 61 alumnos a lo largo de todo el proceso de Por tanto, es, un problema muy enseñanza – aprendizaje. grave ya que la institución Se pretende realizar la implementación de educativa oferta un programa que la arquitectura propuesta para la fase de denomina como de calidad el cual diseño de la enseñanza y evaluación del si bien cumple con todas y cada proceso de enseñanza - aprendizaje una de las características que dentro de todas las materias que imparte deben de cumplirse para poder el BSE –UAQ. ofrecer una modalidad semi - escolarizada a nivel del mapa 5. Conclusiones curricular. Tomando en cuenta los resultados del Realizando el análisis a detalle la instrumento de evaluación de la estructura de las sesiones, la forma en la efectividad de la arquitectura se puede que trabajan la materia los profesores concluir que la arquitectura propuesta entrevistados, la interacción que tiene con cumple con la hipótesis de esta los estudiantes y el diseño instruccional de investigación, ya que, al hacer uso de la los cursos, se llegaron a las siguientes arquitectura en, se logró promover la conclusiones: adquisición del conocimiento. El objetivo de la investigación fue generar una ● Existía un diseño instruccional y de arquitectura para la integración de diseño del aprendizaje no tecnologías para el diseño de la adecuado para los cursos. enseñanza y aprendizaje semi- ● Tiempo muy limitado para escolarizado; utilizando la información completar el temario. que se obtuvo del documento de ● Existe un uso escaso e inadecuado Reestructuración del Bachillerato Semi- uso del campus virtual de la UAQ. Escolarizado Plan de Estudios 2010 UAQ y de las entrevistas realizadas en el ● Existe un uso escaso e inadecuado Bachillerato Semi – Escolarizado de la uso de las TIC. Universidad Autónoma de Querétaro ● Desconocimiento de las (BSE-UAQ) se realizó una comparación tecnologías que apoyen la entre las horas necesarias para cumplir educación a distancia. con lo que se está siendo ofertado en el ● Desaprovechamiento total de la mapa curricular y la cantidad de horas de modalidad de educación a trabajo que se llevan a cabo realmente en distancia. donde se concluye que: ● Concentración total en la ● Se cumple apenas con un 52% del modalidad presencial. total de las horas que debería de estar aprovechando para Retomando la conclusión realizada y enriquecer a los estudiantes que tomando en cuenta los resultados del están inscritos a esa institución. instrumento de evaluación, se recomienda 62 que se comience a hacer uso de las Díaz, I. A., Lucena, F. J. H., & Reche, M. tecnologías que tiene acceso el BSE- (2009). Percepciones del alumnado sobre el blended learning en la UAQ, uso de la arquitectura para la universidad. Comunicar: Revista integración de tecnologías propuesta, por científica iberoamericana de parte de la plantilla total de profesores así comunicación y educación. (33), 165– como de las herramientas y/ o 174. Garrison, D. R. (2009). Communities of inquiry aplicaciones propuestas dentro de esta y in online learning. In Encyclopedia of a su vez emplearlas conforme a la Distance Learning. (2a. ed.). pp. 352- propuesta de integración a la largo de todo 355. Hershey. New York. IGI Global. el proceso de enseñanza - aprendizaje: a Garrison, D. R., & Vaughan, N. D. (2008). Blended learning in higher education: su vez se recomienda identificar a Framework, principles, and guidelines. aquellos profesores que carezcan de United States of America, Jossey- conocimiento en el manejo de tecnologías Bass. de información y generar un curso Harasim, L. M., Hiltz, S. R., Teles, L., & Turoff, M. (1995). 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Se utilizaron dos bases de datos públicas de imágenes del iris: UBIRIS V2 y CASIA-IrisV4, las cuales fueron adquiridas bajo las mismas condiciones y ambientes controlados. Se empleó una metodología enfocada a la adquisición, pre-procesamiento, extracción y post procesamiento de imágenes, aplicando técnicas de procesamiento de imágenes digitales como: negativo, binarización y método de Canny. La adecuación de las imágenes permitió facilitar la identificación de circunferencias y un conjunto de pruebas sobre los umbrales utilizados en el método de Canny y la transformada de Hough para seleccionar umbrales óptimos. Además, se describen las principales complicaciones que pueden surgir en el proceso, principalmente por la obstrucción parcial o total del iris por los elementos u objetos externos más próximos que lo rodean. Palabras clave: Procesamiento de imágenes, Segmentación del iris, Transformada de Hough. 1. Introducción dedos, voz e iris. (Bansal et al., 2015). El reconocimiento del iris se ha Actualmente, el reconocimiento de iris convertido en uno de los mejores métodos también es empleado en diferentes utilizados en los sistemas biométricos de sistemas de seguridad, y recientemente, reconocimiento debido a las en sistemas de aplicaciones clínicas. características únicas del iris y también Deshpande & Patavardhan (2017) por su comportamiento estable a lo largo mencionan que una de las principales de la vida del ser humano (Radman et al., complicaciones que se ha presentado 2017). para poder llevar a cabo el reconocimiento Existen diferentes sistemas de del iris, ha sido la distancia en la cual se autentificación biométricos que se basan adquiere la imagen. Cuando una imagen en las características propias de un es obtenida a una distancia mayor a 3 m, individuo. Entre las características más la imagen del iris regularmente se vuelve utilizadas para el reconocimiento se borrosa, y, por lo tanto, deficiente en encuentran el reconocimiento de cara, detalles como para identificar la textura del iris debido a la pérdida de información 65 en comparación con imágenes que son propiedades de la imagen, no sólo es obtenidas a una distancia menor. En relevante para los sistemas de Radman et al., (2017) se identifican otros autentificación y seguridad, sino que problemas, como son el movimiento, la además es relevante para el área de la iluminación y el ruido, así como la salud, principalmente donde el iris es el refracción presente en las imágenes. objeto de estudio puesto que la Además de la obstrucción de los conservación de colores y texturas es párpados, el uso de lentes y el cabello relevante. Se han realizado diversos impiden obtener una imagen completa del estudios relacionados con el iris. procesamiento de imágenes que En Radman et al., (2017) se considera involucran datos del iris, principalmente que el proceso de segmentación tiene por Daugman (2004) y Daugman (2007), como objetivo fundamental el extraer la quien se ha centrado en el estudio de textura del iris de las estructuras que lo nuevos métodos de reconocimiento de rodean, por ejemplo, la pupila, los iris; Mendoza et al. (2006) en la párpados, la esclerótica y eliminar o segmentación y parametrización de reducir las reflexiones de luz en el iris. En imágenes iridológicas; y Wildes (1997) en los últimos años se han presentado el reconocimiento del iris. métodos de segmentación con el objetivo La identificación de formas por medio de de incrementar los porcentajes de éxito en sus bordes en las imágenes facilita la la identificación. Para facilitar los procesos clasificación de objetos. Para poder llevar de segmentación se han utilizado a cabo la identificación se pueden formar diferentes bases de datos de iris, en figuras compuestas por los bordes que las diferentes tamaños, distancias y componen. Rebaza (2007) y Lee, Tang, & posiciones. Park, (2018) utilizan el método de Canny Debido a que las imágenes obtenidas con la primera derivada para la detección regularmente no son exclusivamente del de bordes, basándose en la variación de iris, y en ellas hay otros elementos que intensidad entre píxeles. representan ruido, es necesario El método de Canny fue empleado por implementar técnicas y algoritmos para Kim & Lee (2015), Shen et al. (2017), Lee poder separar el iris del resto de los et al. (2018), así como por Meng et al. elementos. Una de las formas más (2018) para identificación de diferentes comunes para poder lograrlo es a través objetos en imágenes con diversos de la morfología del objeto, que en este propósitos. caso se enfoca a la detección de los La transformada de Hough es un círculos dentro de la imagen algoritmo que es utilizado para detectar correspondientes al iris y a la pupila (Umer figuras dentro de una imagen como son: et al., 2015). rectas, círculos, elipses y cualquier figura La importancia de una correcta que pueda ser descrita matemáticamente segmentación del iris sin perder las utilizando parámetros. Diversas 66 investigaciones han demostrado que es algoritmos utilizados para cumplir su posible detectar diferentes figuras, En función. Radman et al. (2017), Meng et al. (2018) y Lee et al. (2018) se ha utilizado este método para detectar circunferencias en imágenes de diferente tipo, no necesariamente aplicadas a la identificación o segmentación del iris. Se han implementado diferentes algoritmos y métodos para el reconocimiento y segmentación del iris. Esta tarea se puede facilitar si se considera su morfología circular y se preparan adecuadamente las imágenes Figura 1. Fases para la segmentación del iris, antes de pasar a la fase de utilizando la transformada de Hough Fuente: Elaboración propia (2018). procesamiento. La finalidad de este artículo es facilitar el proceso de detección Fase de Adquisición. utilizando la morfología de los objetos En esta fase se utilizaron dos bases de circulares contemplando diferentes datos de imágenes del iris: condiciones en la adquisición, así como la posible obstrucción con objetos que ● UBIRIS V2. Facilitada por SOCIA rodean el iris. Se hace uso de técnicas del Lab: Soft Computing and Image procesamiento digital de imágenes como Analysis Group del Department of son: transformación a escala de grises, el Computer Science, University of negativo y la binarización. Se aplica el Beira (Proença et al., 2009). método de Canny y la transformada de ● CASIA-IrisV4. Proporcionada por el Hough para la detección de bordes y Center for Biometrics and Security circunferencias, respectivamente. Research del Institute of 2. Metodología Automation, Chinese Academy of Sciences (Casia, 2013). La metodología utilizada para la identificación y segmentación del iris fue Las características de las bases de datos la desarrollada por Radman et al., (2017) utilizadas se describen en la Tabla 1. En y Mendoza et al. (2006). La metodología el caso de la base de datos CASIA-IrisV4 consta de 6 fases principales: la se encuentra dividida en diferentes adquisición de imágenes, pre- categorías, dependiendo de las procesamiento, localización del iris, condiciones en las cuales fue tomada la localización de la pupila, extracción del iris imagen adquirida. y post procesamiento. En la Figura 1 se Tabla 1. Características de las bases de datos muestra gráficamente cada una de las utilizadas fases componentes, así como los 67 Base Número Formato Número Resolución Las imágenes adquiridas pasaron por de de de sujetos Datos imágenes un proceso previo también denominado UBIRI 261 tiff 11,102 400*300 S V2 como pre-procesamiento en Radman et 249 jpg 2,639 320*280 al., (2017), debido principalmente a que CASIA- las fotografías fueron obtenidas por IrisV4 Interval diferentes dispositivos y condiciones. Las CASIA- 411 jpg 16,212 640*480 Iris imágenes que fueron obtenidas a color Lamp fueron transformadas a escala de grises CASIA- 200 jpg 3,183 640*480 Iris para poder trabajar mejor con ellas, como Twins CASIA- 142 jpg 2,567 2352*1728 se muestra en la Figura 4. Iris Distanc e CASIA- 1,000 jpg 20,000 640*480 Iris Thousa nd CASIA- 1,000 Jpg 10,000 640*480 IrisSyn Fuente: elaboración propia (2018). Figura 4. Imagen del iris en UBIRIS V2 convertida a escala de gris. En la Figuras 2 y 3 se muestran Fuente: elaboración propia (2018). ejemplos de las imágenes facilitadas por Para poder llevar a cabo la CASIA-IrisV4 y UBIRIS V2, segmentación del iris se empleó un respectivamente. conjunto de técnicas descritas en Radman et al., (2017) y Mendoza et al., (2006) de procesamiento de imágenes. Entre ellas se encuentra: la binarización, el negativo y método de Otsu, las cuales fueron seleccionadas basándose en aquéllas que contribuyeron a minimizar el error al caracterizar el iris. Figura 2. Imagen del iris en CASIA-IrisV4 Fuente: CASIA-IrisV4 (2004). Esta fase mejoró la imagen ya que eliminó las reflexiones de luz en las imágenes, la cual puede ser producida por el dispositivo con el cual se adquiere la imagen por el entorno en el cual se toma. Inverso o negativo: Figura 3. Imagen del iris. Fuente: Proença et al. (2009). Teniendo como base una imagen en escala de grises, se aplicó un inverso o Fase de Pre procesamiento. negativo sobre la misma, con la finalidad de poder ir eliminando zonas que no eran 68 relevantes para este estudio. Para Para la fase de extracción del iris se calcular el inverso o negativo de la imagen implementó la identificación inicial de los se aplicó la Eq. 1 pixeles para ver cuáles pertenecían al iris para poder extraerlos. Por último, la fase de post-procesamiento que implicó el f’(i,j) = 255 - f(i,j) (1) separar la pupila dejando exclusivamente el iris. Donde i, j representan a cada pixel y f la Fue necesario mejorar el contraste de las imagen original. El resultado de la imágenes utilizadas antes de comenzar aplicación del negativo sobre la Figura 4 con el proceso de reconocimiento del iris. se muestra en la Figura 5. Se utilizó el algoritmo Retinex propuesto por Radman et al. (2017) para mejorar el contraste en las imágenes. Este algoritmo utiliza la descomposición de una imagen (S) en dos diferentes; en una la iluminación (L) y en otra la reflexión (R), para cada uno de los pixeles que la conforman. Esta descomposición permite remover los efectos de la luz que causan Figura 5. Imagen del iris en UBIRIS V2 en inconsistencias en el contraste (Radman negativo. et al., 2017). En los últimos años, este Fuente: elaboración propia (2018). algoritmo de la Eq. 2 ha tenido varias Binarización: correcciones como se describe en Kimmel et al. (2003). Esta técnica permitió transformar una imagen que originalmente se encontraba S(x,y)= L(x,y). R(x,y) (2) en escala de grises a una imagen en Fase de localización de bordes. blanco y negro. Esta transformación Se utilizó el algoritmo de Canny para regularmente se basa en un umbral, en poder detectar los bordes presentes en la donde todos los pixeles que conforman la imagen y facilitar la identificación de imagen son evaluados, y si éstos son objetos principalmente círculos mediante menores al umbral establecido, pasan a la transformada de Hough. La detección ser 0, en caso contrario pasan a ser 1. de bordes se realizó tomando en cuenta la Fase de localización y extracción del iris. variación de intensidad existente entre una o más regiones presentes en una En esta fase se realizaron varias pruebas imagen. con diferentes algoritmos de localización de la estructura del iris. Radman et al. Rebaza (2007) señala que el método de (2017) proponen utilizar HOG para la Canny utiliza la primera derivada para la descripción de la estructura y máquinas detección de bordes, tomando en cuenta de soporte vectorial para su clasificación. la intensidad: en aquellas regiones donde 69 la intensidad no varía se establece un valor de 0 y en el caso de un cambio brusco en su intensidad un 1. Estas características son utilizadas para la detección de bordes. 3. Resultados Con la finalidad de facilitar la Figura 6. Histograma de frecuencias de cada identificación del iris por medio de la escala de gris en una imagen. Fuente: transformada de Hough en las imágenes elaboración propia (2018). utilizadas, fue necesario la En la Figura 7 se puede observar como implementación de algoritmos de pre- incrementando el nivel del umbral, la procesamiento de imágenes. En el caso circularidad del iris se fue haciendo más particular de la binarización se buscó el fácil de identificar, ya que se fue valor óptimo del umbral, de tal forma que diferenciando de los demás elementos o no se perdieran detalles relevantes del componentes de la imagen que tienen iris, ni que se mezclaran con los demás forma circular. elementos de la imagen. Para encontrar el umbral de binarización se realizaron un conjunto de pruebas sobre las imágenes considerando su histograma en escala de grises, En la Figura 6 se muestra el histograma de una de las imágenes utilizadas. El valor del umbral óptimo utilizado fue seleccionado Figura 7. Binarización de una imagen con umbrales de intensidad 150, 180, 210 y 230. tomando en cuenta dos criterios: el Fuente: elaboración propia (2018). primero, considerando que la pupila es regularmente de color negro, a la imagen El algoritmo empleado del método de se le aplicó un negativo. Se buscaron los Canny permitió la identificación de bordes pixeles que tenían un valor cercano a los irregulares de la circularidad del iris. La 255 (aquéllos de color más claro). identificación de bordes facilitó en cierta Segundo, cuando el valor fue demasiado medida el reconocimiento de alto, se perdieron partes del iris, por lo circunferencias para la detección del iris y cual fue necesario identificar el valor que la separación de la pupila. En la Figura 8 permitiera diferenciar la circularidad en el se muestra el resultado de la aplicación iris sin perder partes del mismo. del método de Canny sobre la Figura 7, a la cual se le había aplicado previamente la 70 escala de grises, el negativo y la se encuentra en una escala de 0 a 1. Se Binarización. realizaron varias pruebas para que sólo se identificara la circunferencia más definida dentro de la imagen. Cabe señalar que, en la mayor parte de las imágenes, la circunferencia del iris no estaba totalmente definida por la presencia de otros objetos como son: los párpados, pestañas, cabello o la presencia de otros objetos. En la figura 9 se muestra el Figura 8. Resultado de la identificación de bordes resultado de la identificación de por el método de Canny. Fuente: elaboración circunferencias utilizando diferentes propia (2018). umbrales y en donde el valor del umbral Una vez identificados los bordes, se óptimo para la identificación del iris fue de: detectaron las figuras que presentaron .98. una circunferencia parcial o completa, tratando de localizar el iris. Dentro de las imágenes utilizadas después de la aplicación de los algoritmos de pre procesamiento, la principal circunferencia fue la correspondiente al iris. Aunque fue una circunferencia regularmente parcial debido a que comúnmente se encontraba obstruida por objetos como las pestañas, párpados o el uso de lentes, ésta resultó ser la más significativa dentro de la imagen. En la identificación de circunferencias se Figura 9. Resultados de cambio de umbral en la hizo uso de la transformada de Hough transformada de Hough para la identificación de implementada por Radman et al. (2017), circunferencias. Fuente: elaboración propia (2018). Meng et al. (2018) y por Lee et al. (2018). Debido a que las imágenes fueron En la Figura 10 se muestran los obtenidas bajo un medio controlado en resultados finales de la implementación cuanto a la distancia que fue tomada, se de la transformada de Hough sobre las utilizó una medida estándar de radio como imágenes correspondiente a los sujetos parámetro en la transformada Hough, así c11, c13, c15 y c17. La imagen original como de los umbrales de detección, (Columna A), la identificación de bordes buscando que sólo se localizara una por el método de Canny (Columna B) y la circunferencia: la correspondiente al identificación final del iris por el método de radio. El valor del umbral de sensibilidad la transformada Hough (Columna C). En la columna C se aprecia la línea circular 71 de color rojo que representa la circularidad adicional, principalmente el párpado, las identificada por el método de la pestañas, el pelo o el uso de lentes. transformada de Hough que corresponde Debido a que las imágenes fueron con el iris presentado en la imagen original obtenidas por sensores, en condiciones de la Columna A. de luminosidad y distancia diferentes, cada imagen requirió sus propios umbrales para la binarización y para la transformada de Hough en la identificación de circunferencias. Para la segmentación del iris se identificaron dos circunferencias que delimitaron la parte interna y externa del mismo. La circunferencia externa en las imágenes utilizadas regularmente no se encontraba completa, por lo cual se utilizó la transformada de Hough para poder completarla. La circunferencia interna se encontraba completa en la mayoría de los Figura 10. Resultados finales de la casos en las bases de datos utilizadas, sin implementación de la transformada de Hough. embargo, el principal problema fue el Fuente: elaboración propia (2018). encontrar el contraste correcto para poder 4. Discusión separar la pupila del iris, debido a que se presentó un contraste que no fue muy fácil Para realizar una correcta de diferenciar. segmentación del iris, se necesitó que las imágenes fueran adquiridas bajo las 5. Conclusiones mismas condiciones posibles. Para La utilización de la transformada de facilitar el proceso de segmentación, se Hough puede ser empleada para la hizo necesario asegurar que desde la fase detección del iris debido a su estructura de adquisición de la imagen ésta hubiera circular. La definición y seguimiento sido tomada correctamente, correcto del proceso adecuado para el asegurándose de que no hubiera objetos procesamiento de imágenes facilita la que obstruyeran parcial o completamente detección y segmentación del iris. el iris, facilitándose así el trabajo de La distancia y la aparición de objetos detección. Uno de los problemas circulares dentro de una imagen del iris principales que se presentaron con las dificultan su localización por medio de bases de datos utilizadas, fue que, en la este método. mayoría de las imágenes del iris, éste no apareció completo, teniendo regularmente El determinar correctamente los umbrales obstrucción parcial por un objeto óptimos para la binarización, el método de 72 Canny y la transformada de Hough CYBERNETICS, VOL. 37, NO. 5, resultan cruciales para la detección OCTOBER 2007. correcta del iris y para evitar que muestre Daugman, J.G. (2004). "How iris recognition falsos positivos en la identificación. works," IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 14, no. 1, pp. 21-30, Jan. Existen múltiples factores que dificultan 2004. que la identificación correcta se lleve a DE Vegt, S. E. (2015). A Fast and Robust cabo, entre las que se encuentran: la Algorithm for the Detection of Circular distancia, el dispositivo (sensor), la Pieces in a Cyber Physical System. ES iluminación, el entorno, la calidad y el Reports, ISSN 1574-9517. espacio en la cual es adquirida la imagen. Deshpande, A., & Patavardhan, P.P. (2017). Al establecer un proceso formal para la Super resolution and recognition of long identificación del iris, desde la fase de range captured multi-frame iris images. adquisición, si se definen y aplican los IET Biometrics. criterios para poder considerarse como Kim, J., & Lee, S. (2015). Extracting major una imagen limpia, se facilitará la tarea de lines by recruiting zero-threshold canny las siguientes fases. edge links along sobel highlights. IEEE Signal Processing Letters, 22(10), 1689- La determinación de los algoritmos a 1692. doi:10.1109/LSP.2015.2400211. implementar para lograr la segmentación, Kimmel, R., Elad, M., Shaked, D., Keshet, R., debe considerar las condiciones en que & Sobel, I. (2003). A variational las imágenes fueron adquiridas y framework for retinex. International conforme a las bases de datos utilizadas. Journal of computer vision, 52(1), 7-23. De esta manera, cada fase del proceso Lee, J., Tang, H., & Park, J. (2018). Energy cumplirá con su función y contribuirá a Efficient Canny Edge Detector for mejorar la imagen y a ir quitando Advanced Mobile Vision elementos que no sean relevantes para el Applications. IEEE Transactions on proceso de segmentación. Circuits and Systems for Video Technology, 28(4), 1037-1046. Referencias Mendoza, L.E., Meza, E.F., Gualdron, O.E. Bansal, A., Agarwal, R., & Sharma, R.K. (2006). Segmentación y (2015). 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Digital Signal Processing, 64, Recognition Letters, 65, 67-74. 60-70. 74 Análisis de dependencias entre variables de una estación de medición de viento Cantón-Enríquez Daniel1, Jiménez-Hernández Hugo2 daniel_ce92@outlook.com 1, hugojh@gmail.com 2 Resumen Este artículo presenta un análisis de dependencias entre variables de una estación de medición de viento las cuales son frecuentemente utilizadas en la predicción del recurso eólico: dirección del viento, temperatura, velocidad del viento y presión atmosférica. Se realizó el análisis de las variables utilizando el algoritmo de Expectation-Maximization, también llamado algoritmo EM. Los resultados permiten corroborar la potencial aplicación del análisis de estas variables para la predicción del recurso eólico en una zona determinada. Este método se evaluó experimentalmente con datos reales de una estación de medición de viento en Querétaro por un horizonte de tiempo de 10 minutos, permitiendo identificar zonas aptas para el desarrollo de energía eólica Palabras clave: algoritmo EM, análisis de dependencias, energía eólica, predicción. 1. Introducción recurso eólico. Como las escalas de La fuerza del viento, ha sido utilizada tiempo varían desde minutos hasta días, históricamente por el hombre en la las escalas de tiempo en la predicción molienda de granos, el bombeo de agua y pueden ser agrupadas en: muy corto, en la navegación de embarcaciones de corto, mediano y largo plazo, véase Tabla vela; pero su uso en la generación de 1. energía eléctrica es más reciente. De Tabla 1. Escala de tiempo en la predicción del recurso eólico. acuerdo con (Mikati et al., 2012; Jaramillo, Horizonte de tiempo Plazo 2012; AMDEE, 2018; ACCIONA, 2018) el Muy corto De pocos segundos a media hora Corto De 30 minutos a 6 horas amplio uso de la energía eólica se debe a Mediano De 6 horas a 1 día que es una fuente de energía renovable, Largo De 1 día a 1 semana en adelante Fuente: Lazarevska (2016). limpia y no contribuye al calentamiento global, ocasionado por los combustibles Lo anterior resulta clave para la fósiles. identificación de aquellas zonas aptas para la generación de electricidad Para Fernández (2016), el amplio uso de mediante proyectos a escala comercial la energía eólica hace necesario contar (parques eólicos), energía para con diversas técnicas para la predicción poblaciones rurales y energía eólica fuera del recurso eólico con por lo menos un día de la red (Elliot et al., 2004). de anticipación. Lazarevska (2016) menciona los diferentes horizontes de Tradicionalmente, para el análisis de escala de tiempo en la predicción del dependencias de variables climatológicas 75 han sido utilizados modelos numéricos y la energía eólica puede ser integrada estadísticos (Íñiguez-Covarrubias et al., durante el funcionamiento de un sistema 2014; Ramírez-Cerpa et al., 2017). No energético. obstante, los datos climáticos obtenidos Por otra parte, en distintas investigaciones de las estaciones meteorológicas suelen sobresalen tres técnicas de IA que ser incompletos, por lo que es necesario permiten el análisis de dependencias utilizar diferentes técnicas de Inteligencia climatológicas, estas son: las redes Artificial (IA) para el análisis (De la Torre bayesianas, las redes neuronales y el et al., 2011). aprendizaje automático y. Por ejemplo, De En este trabajo se ha considerado el la Torre et al., (2011) demuestran que una análisis de dependencias entre las red bayesiana puede utilizarse para variables, temperatura, dirección del encontrar una estructura que describa viento, velocidad del viento y presión mejor la relaciones entre las variables atmosférica, a muy corto plazo (cada 10 climáticas, en estaciones meteorológicas minutos). en las que existan datos incompletos y/o 1.1. Trabajos relacionados limitados en el tiempo. En Lazarevska (2016) utilizan un nuevo concepto El análisis de dependencias de conocido como aprendizaje automático variables ha sido utilizado en mayor o extremo, el cual sirve como un algoritmo menor medida en diversos sectores: de aprendizaje para el entrenamiento de climatología, finanzas, lingüística, entre una red neuronal prealimentada con una otras. En este artículo es de especial sola capa oculta. Este concepto ofrece un interés los trabajos referentes al uso de enfoque alternativo para modelar la una técnica de IA que permita trabajar velocidad del viento a corto plazo. Por su datos incompletos. parte Zou & Long (2017) desarrollaron un El estudio realizado por Mikati et al., sistema basado en el análisis de (2012) acerca de la transferencia de causalidad de los accidentes de tráfico. Se energía entre sistemas híbridos de utilizó el algoritmo EM (acrónimo del energía renovable y la red eléctrica, para inglés Expectation-Maximization) para cubrir ciertas demandas de potencia. Esto procesar los datos faltantes para realizar permite analizar un mejor el aprendizaje de parámetros de la red aprovechamiento de los recursos bayesiana. renovables y la dependencia de la red Respecto al análisis de dependencias de eléctrica, entre los distintos usuarios. A su una estación de viento, no son tan vez, el trabajo de Jaramillo (2012) comunes los trabajos que aborden el uso consiste en generar trayectorias de la de una técnica de IA que permita trabajar producción eólica futura para el análisis con datos incompletos. Hasta el probabilístico de los sistemas de energía momento, en la búsqueda de trabajos eléctrica, con la posibilidad de ser utilizada relacionados, se han encontrado dos en los mercados energía. De esta manera casos desarrollados en el sector eólico, 76 los cuales utilizan el promedio bayesiano surgido muchas variantes y de modelos BMA (acrónimo del inglés modificaciones del algoritmo original Bayesian Model Averaging), así como el (Lauritzen, 1995; Friedman, 1998). uso del algoritmo EM el cual permite El algoritmo EM se utiliza frecuentemente estimar los parámetros de probabilidad como un algoritmo de agrupamiento en faltantes. Uno de ellos (Sloughter et al., visión por computadora y aprendizaje 2013) realizó pronósticos de 48 horas de automático para el aprendizaje de vectores del viento, mostrando que se métodos de cadenas de Markov Monte proporciona pronósticos probabilísticos Carlo conocido como muestreo de Gibbs mejor calibrados al utilizar el algoritmo (Chai et al., 2017) y mixturas de EM, que el conjunto sin procesar y que Gaussianas, utilizadas en procesos de también son más precisos que los clasificación o reconocimiento. Otra pronósticos probabilísticos derivados de aplicación del algoritmo EM es la un servicio meteorológico convencional. estimación de parámetros para el El otro trabajo (Li et al., 2011) presentó aprendizaje en una red neuronal, una metodología de dos pasos para la algoritmo genético o en una red bayesiana predicción precisa de la velocidad del (Riggelsen & Utrecht, 2006; Li et al., 2011; viento basada en un algoritmo de Reed & Mengshoel, 2014). combinación bayesiana y tres modelos de red neuronal, donde el algoritmo EM es 1.3. Funcionamiento del algoritmo EM ocupado para obtener la estimación de los En esta investigación, se aprovecha la pesos de las redes. ventaja de la eficiencia y el bajo coste 1.2. Algoritmo de Expectation- computacional del método EM para el Maximization análisis de dependencias de las variables obtenidas de una estación de medición de El algoritmo de Expectation- viento. El algoritmo EM consta de dos Maximization es un método iterativo para pasos principales: paso de Expectation la estimación de la máxima verosimilitud, (E-paso) y paso de Maximization (M- útil para trabajar con datos incompletos paso). El algoritmo se describe a (Dempster et al., 1977; Lauritzen, 1995; continuación. Riggelsen & Utrecht, 2006) en el cual el algoritmo desarrolla todo su potencial, 1.3.1. Paso de inicialización debido a la ausencia de alguna parte de Este paso consiste en tomar los datos los datos. Anteriormente el algoritmo EM de las variables e introducirlos a una había sido propuesto varias veces en matriz de dimensiones � � �, donde � es diferentes circunstancias por diversos la cantidad de datos o muestras de cada autores (Hartley, 1958; Orchard & variable, y � es el número de variables a Woodbury, 1972; Sundberg, 1974) pero utilizar, véase Ecuación 1. no fue hasta que Dempster et al., (1977) � = (� ⋯ � ⋮ ⋱ ⋮ � ⋯ � ) (1) generalizó el método y desarrolló las � � � �� bases del mismo. Después de esto han 77 El siguiente paso consiste en asignar una 2. Metodología media aleatoria a cada � variable, las 2.1. Área de estudio y fuente de los medias para variable se guardan en un datos vector �, véase Ecuación 2. El campus Aeropuerto de la � = [� … � ] (2) � � � Universidad Autónoma de Querétaro Por último, se le asignan valores (UAQ) en el estado homónimo, dentro de aleatorios a la matriz de varianzas y la zona metropolitana de la ciudad de covarianzas con dimensión � × �, donde Querétaro, fue seleccionado como caso � es el número de variables, véase de estudio, ya que actualmente se diseña Ecuación 3. Esta es una matriz cuadrada y fabrican aerogeneradores tripala de 14 y simétrica de orden �, donde los términos KW (UAQ, 2018). La localización exacta diagonales son las varianzas y los no del sitio de medición se puede ver en la diagonales, las covarianzas entre las Figura 1. variables. Los datos de las variables climatológicas � = (� × � ⋯ � × � ⋮ ⋱ ⋮ � × � ⋯ � × � ) (3) � × � �� fueron proporcionados por por la RedCIAQ (Red-Centro de Investigación 1.3.2. Pasos de Expectation y de Aguas de Querétaro). Los cuales se Maximization pueden encontrar en el sitio web de la RedCIAQ (2018), operado por la Facultad De acuerdo con Jiménez-Hernández et de Informática de la UAQ. al., (2010) los parámetros se estiman con el algoritmo EM bajo el supuesto de tener datos incompletos de la siguiente manera, véase las Ecuaciones (4) y (5). �� = �� + (1 − �)�� (4) � � � � �� = �� + (1 − �)(�� − ��) (5) donde � ∈ [0,1] el cual representa el factor Figura 1. Localización de la estación de medición de aprendizaje. de viento. Fuente: Elaboración propia (2018). 2.2. Recopilación de datos En este artículo se describe un análisis de La información geográfica de la dependencias de las variables: velocidad estación de medición del viento es: latitud del viento, dirección del viento, (20°37’26’’ N), longitud (100°22’15’’ O), temperatura y presión atmosférica; elevación (1973 msnm); y la información tomados de una estación de medición de sobre las variables eólicas en el periodo viento. 01-junio-2017 al 30-junio-2017 se 78 resumen en la Tabla 2. Las mediciones 2.4. Análisis de dependencias con EM fueron tomadas cada minuto a 10 metros 2.4.1. Paso de inicialización sobre el nivel del suelo. En el proceso de recopilación de los datos, las mediciones En este paso se inicializa un vector de de los sensores se registraron medias, tomando el primer elemento que continuamente, y los datos se tomaron obtiene el sensor para cada variable, tal promediados cada 10 minutos. como se describió en la Ecuación 2. Así mismo, se inicializa la matriz de Tabla 2. Resumen de los datos meteorológicos. Variable Desviación covarianzas como se describió en el Máximo Mínimo Media climática estándar Dirección del Ecuación 3. Por último, se define � que es viento 346 12.7 120 71 (grados) el factor de aprendizaje. Velocidad del 12.6 0 4.19 2.2 viento (m/s) 2.4.2. Pasos de Expectation y Temperatura 31.9 9.2 21 4.5 (°C) Maximization Presión 996.5 395.6 989.3 10.9 atmosférica Fuente: Elaboración propia. Utilizando las Ecuaciones (4) y (5), se pueden actualizar las medias para cada 2.3. Pre-procesamiento una de las variables que se encuentran en Para este trabajo la población el vector de medias. Así mismo, se estudiada son las variables atmosféricas actualiza la matriz de covarianzas, obtenidas de una estación de medición de empleando el vector de medias recién viento, estos valores se concentran en calculado, véase Figura 2. una matriz. En esta cada fila representa un elemento de una variable y cada columna los valores de una variable con todos sus elementos observados. Para esta investigación, la matriz de datos � tiene dimensiones � × �, donde � son los 43,200 elementos de cada variable, tomadas minuto a minuto durante un mes, Figura 2. Cálculo de la matriz de varianza- y � son las 4 variables analizadas: covarianza. Fuente: Elaboración propia (2018). temperatura, velocidad del viento, presión 3. Resultados atmosférica y dirección del viento. Esta matriz puede representarse como se ha En esta sección se evalúa el método descrito en la Ecuación 1. EM para el análisis de las dependencias de las variables eólicas. El algoritmo EM Debido a la diferencia de rangos y se implementó en el lenguaje M en el unidades de medición entre las distintas software matemático Matlab y se ejecutó variables se optó por normalizar los datos en una máquina de 2 GHz bajo Windows de la matriz de datos, por lo que � ∈ [0,1]. 7 SP1. 79 En la Figura 3 se muestra la matriz de varianza y covarianza, en la que para representar los valores se pintó con colores las celdas de la matriz. A continuación, se analizan las dependencias entre las variables a través de las covarianzas resultantes. Figura 3. Matriz de varianza-covarianza para el análisis de dependencias de las variables La covarianza entre la dirección del viento climatológicas. Fuente: Elaboración propia y la velocidad del viento es de −0.0008, lo (2018). que es equivalente a tener un valor de 4. Discusión covarianza de 0, esto indica que se tiene una independencia lineal entre ambas El propósito de realizar el análisis de variables y por lo tanto no tienen relación dependencias entre variables obtenidas entre ellas. de una estación de medición de viento, es el de identificar zonas aptas para la Las covarianzas de la dirección del viento generación de energía eólica en y la velocidad del viento con respecto a la cualquiera de sus modalidades (Elliott et temperatura es de −0.0014 y −0.0103 al., 2004), teniendo que muchas veces se respectivamente, igualmente la tiene que trabajar con datos incompletos. covarianza entre la temperatura y la Por tal motivo se empleó el algoritmo EM presión atmosférica es −0.0294. Para los (Li et al., 2011; Sloughter et al., 2013) para casos anteriores se tiene una covarianza conocer las dependencias que tienen las negativa y quiere decir que mientras una variables entre ellas. variable crece o incrementa su valor la otra decrece. Por otro lado, el uso del algoritmo EM en este trabajo fue de manera mono-modal al Por último, las covarianzas de la dirección trabajar con una sola función de densidad del viento y la velocidad del viento con de probabilidad y multi-variable al utilizar respecto a la presión atmosférica es de las variables de dirección del viento, 0.0025 y 0.0087. Para estos casos se tiene velocidad del viento, temperatura y una covarianza positiva, también presión atmosférica. También se puede conocida como relación directa, esto hacer una estimación mono-modal y quiere decir que mientras una variable mono-variable de cada una de las crece o incrementa su valor la otra variables utilizadas, véase Figura 4. también. Además, se observó que durante el Se observa que el signo de la covarianza análisis de dependencias la varianza de la coincide con el tipo de relación entre las dirección del viento se mantenía variables, por lo tanto, la interpretación de constante durante el periodo que se la covarianza permite conocer la dirección evaluó. Esto indica que existe una en la dispersión de los datos. preponderancia en la dirección del viento, en este caso durante el tiempo de 80 medición se tiene un viento dominante en 5. Conclusiones dirección este-oeste, véase Figura 5. En este trabajo se presentó un análisis de dependencias de las variables: dirección del viento, temperatura, velocidad del viento y presión atmosférica. Aplicando para tal fin el algoritmo de Expectation-Maximization en sus dos pasos. Los resultados, en concordancia con algunos trabajos relacionados, permiten corroborar la potencial aplicación del análisis de estas variables para la predicción del recurso eólico en una zona determinada. Figura 4. Estimación mono-modal de la velocidad Es importante señalar que el análisis de del viento. Fuente: Elaboración propia (2018). dependencias puede mejorarse al tomar en cuenta los periodos de estacionalidad que tiene las variables tratadas. Un ejemplo puede ser en el análisis de un día, el amanecer y el anochecer, o con respecto a un año se puede analizar por estaciones. Además, cabe mencionar que la metodología planteada en este trabajo permite esbozar futuros análisis de dependencias de otro tipo de variables atmosféricas, financieras, entre otros casos. No obstante, y a pesar que el Figura 5. Histograma polar de la dirección del algoritmo EM ha sido probado en múltiples viento preponderante. Fuente: Elaboración propia trabajos, contrastar los resultados de (2018). dicho método con otros análisis de Cabe mencionar que de acuerdo con la dependencias contribuiría a obtener información de la Tabla 2, la velocidad del resultados más contundentes. Sin viento medio durante el periodo evaluado embargo, la comparativa con otros fue de 4.2 m/s, por lo que no es suficiente métodos está fuera del alcance de este para generar electricidad a escala artículo. comercial por medio de un parque eólico, pero si para un aerogenerador que esté Agradecimientos conectado fuera de la red y que cuente Esta investigación fue financiada por el con un sistema de búsqueda de la Fondo de Proyecto Especiales de dirección de viento. 81 Rectoría (FOPER) 2018 con el proyecto Data para la energía eólica. Universidad número 00016. Autónoma de Madrid. Madrid: Instituto de Ingeniería del Conocimiento. Referencias Recuperado el 15 de noviembre 2017 ACCIONA. (2018). ACCIONA. 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En el caso de la Perfilometría Wavelet, su análisis se enfoca en su mayoría al desempeño de las Wavelets utilizadas para la reconstrucción, y aunque la experimentación menciona que el número de franjas proyectadas sobre los objetos considerados es determinante, no se ha establecido aún un análisis de la variación de dichas franjas y su efecto en la reconstrucción 3D de los objetos. Este trabajo implementa una metodología con variación de franjas proyectadas en diferentes objetos con la finalidad de mostrar la diferencia con respecto de la reconstrucción dependiendo del número de franjas utilizado, apoyándose del uso de la Wavelet Morlet, la cual, debido a sus características, presenta un buen desempeño, independientemente del tipo de objeto a reconstruir. Palabras clave: Morlet, Perfilometría Wavelet, Proyección de franjas, Reconstrucción 3D. 1. Introducción contacto Molleda (2008), siendo más El procesamiento de imágenes, hoy en utilizadas las de no contacto, en la cual día es un tema que resulta de gran sobresale el uso de luz estructurada, importancia. Dentro de este tema resalta debido a que es una técnica no invasiva, la técnica de reconstrucción y con un mejor tiempo de procesamiento tridimensional (3D), la cual está enfocada y mayor resolución con respecto a otras en reproducir un objeto real en forma técnicas. digital, sin perder las características de Dentro de la técnica de luz estructurada, dicho objeto, las cuales son: dimensión y se encuentra el método de proyección de volumen. La forma en la que este proceso franjas, que se genera a través de la es llevado a cabo es extrayendo los proyección de un patrón de franjas, el cual puntos del objeto de interés y el es emitido por un proyector sobre un emparejamiento de esos puntos. objeto, para ser capturado posteriormente Dentro del sistema de reconstrucción 3D, por una cámara, con la finalidad de se utilizan dos técnicas para la obtener la distorsión generada por dichas digitalización del objeto a reconstruir, las franjas sobre el objeto Asundi y Wensen, cuales son: técnicas de contacto y de no (1998). Esta distorsión de franjas es 84 procesada a través de un análisis de aplicando su estudio en el procesamiento tiempo frecuencia, que permite obtener el de imágenes médicas, a través de mapa de profundidad del objeto. Dentro algoritmos ortogonales, usando, la este tipo de análisis, se encuentran la Wavelet; Gaussiana, Shannon, B-Spline, Perfilometría de Fourier, (FTP) y la y Morlet. Perfilometría Wavelet, (WTP), haciendo Considerando lo anterior, el presente uso de la Transformada de Fourier (FT) y trabajo estará enfocado a la Wavelet de la Transformada Wavelet (WT), Morlet y su desempeño en la respectivamente. reconstrucción 3D de objetos. Dada su capacidad de procesamiento El método se enfocará tanto a objetos para señales no estacionarias, y siendo reales como virtuales, haciendo uso de la oscilante en tiempo y frecuencia, la WTP, WT continua (CWT). concepto introducido por Zhong, et al en (2004) ha sido utilizada en diferentes Al aplicar Morlet se irá variando el número trabajos. La WT, tiene diferentes de franjas con la finalidad de corroborar la variantes de acuerdo a la función Wavelet importancia que representa la cantidad de empleada, de entre las cuales se tiene: franjas proyectadas sobre el objeto, Morlet, Gauss, B-Spline, Fan, Paul, entre aunado a esto las características propias otras. de la Wavelet empleada. Dentro de estas variantes de función que 2. Perfilometría Wavelet dan origen a las Wavelets anteriormente La WT, es usada en el procesamiento mencionadas, la más utilizada por sus de señales dadas sus características de propiedades de frecuencia combinada y ser oscilante en tiempo y frecuencia, localización espacial, es la Morlet, la cual además de trabajar con señales no fue introducida en 1984 por Morlet y estacionarias y su análisis de multi- Grossman. Abid et al, en (2008) proponen resolución. la transformada continua Morlet La Wavelet tiene la capacidad de trasladar modificada en 1D para el análisis de la señal en el eje x, y de contraer esta patrón de franjas. Por otro lado, misma señal, alargándola o Fernández, et al, (2011), hacen uso del comprimiéndola, llamando a estos, escala análisis de patrón de franjas para y traslación respectivamente Córtes et al, comparar las técnicas principales de (2007) Debido a esta capacidad de tiempo frecuencia, implementando una variación surgen los diferentes tipos de comparativa entre (FT), ventaneo de Wavelet. A la Wavelet base se le Fourier y la WT, mostrando resultados denomina Wavelet madre, y está tanto cualitativos como cuantitativos, determinada por: entre las Wavelets usadas en su trabajo están B-Spilne y Morlet. Bella, et al, 1 � − � �,�(�) = � � (1) (2016), muestran que la WT es un método �|�| � de procesamiento de señales de alto nivel, 85 donde, � es el factor de escala y � es el de 2.2. Metodología Propuesta traslación. Y son los parámetros que Objeto determinan el tipo de Wavelet que se genera según la variación que se lleve a Variación cabo en ellos. Por otro lado, la CWT estará determinada CWT: Morlet 1D además de los factores de escala y traslación por la convolución de la señal Filtro f0 con la Wavelet conjugada, y está representada por: Mapa de fase del Fase desenvuelta ∗ �� (�, �) = � �(�) �,�(�)�� (2) Figura 1. Metodología propuesta. En la Fig. 1, se muestra la metodología propuesta que consta de seis donde, � es el factor de escala, � es el de traslación y * es la convolución. pasos. En el primer paso se obtiene la imagen que contiene el objeto a digitalizar, Se selecciona en este trabajo la Wavelet puede ser real o virtual. En el segundo compleja, la cual nos proporciona una paso, se lleva a cabo la variación de las parte real y una parte imaginaria, que es franjas que puede ir desde 8 hasta 128. la información necesaria para el análisis En caso del objeto virtual es necesario de la señal. Obteniendo con ello por sumarle el patrón de franjas, y puede ir separado los componentes de fase y desde 8 hasta 128, con respecto a la real, amplitud de la señal, los cuales son las franjas son proyectadas sobre el necesarios para obtener el perfil del objeto antes de su captura, en este objeto. proceso el número de franjas proyectadas 2.1. Wavelet Morlet dependerá del tamaño del objeto. En el tercer paso se aplica la WT con la función La Wavelet Morlet es una onda Morlet en 1D. sinusoidal modulada para una función Gaussiana definida por: En el cuarto paso, se utiliza el número de � franjas proyectado sobre el objeto, este � ( ) � � = � �� (�2�� número es el que determinará la − �� (−2�� )�/2)�� (−��) � (3) frecuencia f . El quinto paso, es en donde /2 0 se obtiene el mapa de fase, es en este paso donde se tiene la información de la donde, �� representa la frecuencia � � profundidad del objeto para cada punto y central, � � es el factor de normalización y esta información se encuentra entre los � �� (−� )/� es la envolvente Gaussiana. valores de - π a π, por lo que se lleva a cabo un análisis de desdoblamiento de 86 fase, haciendo uso de un algoritmo de Al aplicar la metodología propuesta a desdoblamiento el cual permitirá obtener este objeto virtual, se pueden observar los la profundidad del objeto, este algoritmo resultados en la Fig. 3. es implementado en el paso seis. 3. Resultados El proceso de reconstrucción 3D, se lleva a cabo aplicando una simulación, haciendo uso de objetos reales y virtuales en escala de grises, determinando así el (a) (b) (c) desempeño de la de la metodología propuesta. Con el uso de objetos virtuales es posible medir dicho desempeño, debido a que se puede hacer una comparación a priori de (d) (e) (f) la altura del objeto y la cantidad de franjas proyectadas sobre el mismo. Esta medición es realizada haciendo una diferencia entre el objeto original virtual y el resultado de su reconstrucción. (g) (h) (i) A continuación, se muestra en la Fig. 2 el objeto virtual en escala de grises, así como el patrón de franjas que fue proyectado sobre el mismo, con su variación de 8, 16, 32, 64 y 128 franjas. (j) (k) (l) Figura 3. Resultados del proceso de reconstrucción 3D en objeto virtual utilizando la Wavelet Morlet, (a), (d), (g), y (j) Representan Mapa de fase de la reconstrucción, para 8, 16, 32 (a) (b) (c) y 64 franjas respectivamente (b), (e), (h) y (k) es la reconstrucción 3D del objeto (vista superior), (c), (f), (i), y (l) es la reconstrucción 3D del objeto (vista lateral). Se muestra en la Fig. 4 un objeto virtual Figura(d) 2. Objeto utilizado(e) en el proceso(f) de diferente en escala de grises, también con reconstrucción 3D; (a) Objeto virtual, (b), (c), (d), (e), y (f) Objeto con 8, 16, 32, 64, y 128 franjas la variación de patrones de franjas proyectadas, respectivamente. respectivamente 87 (g) (h) (i) (a) (b) (c) (j) (k) (l) (d) (e) (f) Figura 4. Objeto utilizado en el proceso de Figura 5. Resultados del proceso de reconstrucción 3D reconstrucción 3D; (a) Objeto virtual, (b), (c), (d), (e), y en objeto virtual utilizando la Wavelet Morlet, (a), (d), (f) Objeto con 8, 16, 32, 64, y 128 franjas proyectadas, (g), y (j) Representan Mapa de fase de la respectivamente. reconstrucción, para 8, 16, 32 y 64 franjas respectivamente (b), (e) (h) y (k) es la reconstrucción Para la Fig. 4 aplicando la metodología 3D del objeto (vista superior), (c), (f), (i), y (l) es la propuesta los resultados son mostrados en la reconstrucción 3D del objeto (vista lateral). Fig. 5. La Fig. 6 muestra los resultados de la reconstrucción aplicado a un objeto real, usando la misma metodología para con el objeto virtual, en este caso el objeto tiene 32 franjas. (a) (b) (c) (a) (b) (c) (d) (d) (e) (f) Figura 6. Resultados del proceso de construcción 3D en objeto real; (a) Objeto original con 32 franjas proyectadas, (b) Mapa de fase, (c) reconstrucción 3D del objeto real (vista superior), (d) reconstrucción 3D del objeto real (vista lateral) utilizando la Wavelet Morlet. 88 En la Fig. 7 se muestra otro objeto real 5. Conclusiones con 48 franjas proyectadas. En este trabajo se presenta un análisis del método de WTP para reconstrucción 3D de objetos. La Wavelet usada fue la Morlet, por sus características de frecuencia combinada y localización espacial. Adicional a las características (a) que la Wavelet contiene, también es importante mencionar que el número de franjas proyectado sobre el objeto a reconstruir es esencial para una mejor reconstrucción, dado que a mayor número de franjas mejor reconstrucción, debido a que se puede apreciar mejor la distorsión (b) (c) (d) del objeto. En este trabajo dos objetos reales fueron presentados uno con 32 franjas proyectadas y el otro con 48, el Figura 7. Resultados del proceso de construcción resultado de la reconstrucción para 3D en objeto real; (a) Objeto original con 48 franjas proyectadas, (b) Mapa de fase, (c) reconstrucción ambos objetos fue satisfactorio. Cabe 3D del objeto real (vista superior), (d) mencionar que existe un número límite de reconstrucción 3D del objeto real (vista lateral) franjas a proyectar sobre un objeto, ya que utilizando la Wavelet Morlet. la saturación de franjas, generaría una mala reconstrucción debido a que no se 4. Discusión apreciaría dicha distorsión. Este número está determinado por el tamaño de la La reconstrucción 3D con la Wavelet imagen y en este caso de la frecuencia de Morlet, presenta un buen desempeño, muestreo. dado que el objeto puede verse claramente, a pesar de que el algoritmo de Referencias desdoblamiento de fase usado fue un Abid, A. Z., Gdeisat, M. A., Burton, D. R., algoritmo sencillo Itoh (1982). Es Lalor, M. J., Abdul-Rahman, H. S., & importante notar en las figuras 3, 4 y 5 lo Lilley, F. (2008, April). Fringe pattern siguiente; a medida que se incrementa el analysis using a one-dimensional número de franjas proyectadas en el modified Morlet continuous wavelet transform. In Optical and Digital Image objeto virtual, se obtiene una mejor Processing (Vol. 7000, p. 70000Q). reconstrucción 3D del objeto virtual. En las International Society for Optics and figuras 6 y 7 se tienen objetos reales con Photonics. una cantidad igual o superior a 32 franjas, Asundi, A., & Wensen, Z. (1998). Fast phase- por lo tanto, se obtiene una reconstrucción unwrapping algorithm based on a gray- 3D satisfactoria. 89 scale mask and flood fill. Applied optics, Grossmann, A., & Morlet, J. (1984). 37(23), 5416-5420. Decomposition of Hardy functions into Balla, P., Kocsis, P., Eigner, G., & Antal, Á. square integrable wavelets of constant (2016, June). Surface reconstruction shape. SIAM journal on mathematical with Wavelet transformation. In analysis, 15(4), 723-736. Intelligent Engineering Systems (INES), Itoh, K. (1982). Analysis of the phase 2016 IEEE 20th Jubilee International unwrapping algorithm. Appl. Opt, Conference on (pp. 201-206). IEEE. 21(14), 2470. Cortés, J. A., Garzón, H. B. C., & Chaves, Molleda Meré, J. (2008). Técnicas de visión J. A. (2007). Del Análisis De Fourier A por computador para la reconstrucción Las Wavelets-Transformada en tiempo real de la forma 3D de Continua Wavelet (CWT). Scientia et productos laminados. Technica, 1(37). Zhong, J., & Weng, J. (2004). Spatial carrier- Fernandez, S., Gdeisat, M. A., Salvi, J., & fringe pattern analysis by means of Burton, D. (2011). Automatic window wavelet transform: wavelet transform size selection in Windowed Fourier profilometry. Applied Optics, 43(26), Transform for 3D reconstruction using 4993-4998. adapted mother wavelets. Optics Communications, 284(12), 2797-2807. 90 Compresión de imágenes en paralelo mediante la Transformada Wavelet Discreta, Run Length Encoding y CUDA Solís Rosas Adolfo1, Canchola Magdaleno Sandra Luz2, Del Río Magaña Erika3 adolfo2794@gmail.com1, sandra.canchola@uaq.mx2, erika.delrio@uaq.mx3 Resumen La compresión de imágenes sin pérdida está teniendo una alta demanda en el área médica, ya que permite reducir el tiempo requerido que una imagen necesita para ser transferida o almacenada. El uso de la Transformada Wavelet Discreta como herramienta provee mejoras en la calidad de la imagen sin perder información valiosa y mediante la implementación de Run Length Encoding se pueden obtener mayores tasas de compresión de datos. Con el alto desarrollo de Unidades Generales de Procesamiento, algoritmos secuenciales pueden ser modificados para lograr obtener una mejor eficiencia y velocidad. El campo de compresión de imágenes resulta muy esencial para el almacenamiento y transmisión de esta información a escala masiva. Para esto los algoritmos de compresión de imágenes se pueden hacer paralelizables para poder lograr una mayor rapidez al codificar y decodificar una imagen. En este artículo, se presenta una adaptación de un esquema de compresión en el cual la etapa de codificación y decodificación de la imagen han sido rediseñados para propósitos de paralelización y eficiencia. Mediante la implementación de la Transformada Wavelet Haar en paralelo se ha obtenido como resultado una reducción en los tiempos de ejecución en al menos un 50% en comparación con la ejecución en secuencial. Palabras clave: Compresión de Imágenes, CUDA, Haar Wavelet, Run Length Encoding (RLE) , Transformada Wavelet Discreta. 1. Introducción campo de pro-cesamiento de imágenes La visión es uno de los sentidos más se refiere a procesar imágenes digitales avanzados e importantes para el ser en una computadora digital (Gonzalez & humano, por lo tanto, las imágenes Woods, 2008). digitales poseen un rol muy importante en En años recientes, el desarrollo y la gran la percepción humana. El interés sobre demanda de aplicaciones multimedia, han métodos de procesamiento digital de crecido significativamente a un ritmo muy imágenes surge de dos áreas de acelerado, resultando en una insuficiencia aplicación: mejorar la información gráfica de ancho de banda en un canal de para la interpretación humana; y el transmisión, de igual manera dificultando procesamiento de información gráfica el almacenamiento masivo de este tipo de para su almacenamiento. Una imagen información gráfica. Por lo tanto, la teoría puede ser definida como una función de compresión de la información empieza bidimensional en el plano espacial. El a tener una gran significancia, ya que 91 permite reducir la redundancia en la Existen diferentes formas de clasificar las información para obtener un ahorro en diferentes técnicas de compresión y almacenamiento y su transmisión en una pueden ser agrupadas como reversibles o banda ancha (Wei, 2008). sin pérdidas, irreversibles o con pérdidas Los avances en tecnología han permitido y codificación mediante transformación. al ámbito médico hacer uso de esta para ● Reversibles sin pérdidas: La poder producir información visual como lo reconstrucción es numéricamente son las imágenes médicas. Las imágenes idéntica de la imagen comprimida médicas tienen un papel fundamental en con respecto a la imagen original. la percepción y visualización médica de la ● Reversibles con pérdidas: Esta información para poder realizar un técnica de compresión se diagnóstico efectivo (Alarabeyyat et al., caracteriza por conseguir altas 2012). tasas de compresión a expensas La compresión de imaginería médica es de una degradación de la una importante área de estudio para la información, visualmente una biomedicina y telemedicina. Los deformación en la imagen diagnósticos médicos actuales decodificada con respecto a la comúnmente están basados en imagen original. La pérdida de imaginería de rayos-X, tomografías información es proporcional a la computarizadas y resonancias tasa de compresión alcanzada. magnéticas de alta fidelidad. De igual ● Codificación mediante manera, el desarrollo de aplicaciones transformación: Se basa en como teleradiología, teleconsultas, y algún tipo de transformación, esto diferentes servicios de telemedicina; la para lograr una alta tasa de compresión de imágenes es requerida compresión sin que la imagen para minimizar el espacio de original se vea excesivamente almacenamiento y reducir los costos de afectada visualmente, bajo transmisión de la información (Vaishnav, condiciones normales visuales, no Kamargaonkar, y Sharma, 2017). hay una pérdida de información La compresión de imágenes médicas visible. digitales busca reducir el volumen que Una arquitectura de compresión de ocupa la información aplicando un método imágenes digitales consta de tres partes de compresión que permita obtener altas fundamentales: reducir la correlación tasas de compresión, con una alta entre pixeles, cuantificación de la fidelidad en la imagen evitando perder los información y codificación entrópica. Una detalles visuales más importantes para su vez que la correlación entre píxeles es efectivo diagnóstico (Hussain, Al-Fayadh, reducida, se puede tomar ventaja de y Radi, 2018). características estadísticas y de la teoría de la codificación variable para reducir la 92 cantidad de información. En la Figura 1 se En este artículo se presenta una aprecia la arquitectura de un esquema implementación de la Transformada general de compresión con pérdida de Wavelet Discreta mediante programación información de imágenes digitales. en CUDA, tanto la transformada como la transformada inversa son implementadas Imagen Transforma Cuantizac Original ción de la ión en paralelo, mientras que la codificación Imagen entrópica es implementada en CPU. Imagen Codificació 2. Metodología Comprimid n Entrópica a En la presente sección se describe la Figura 1. Esquema general de compresión de metodología propuesta en este artículo de imágenes digitales. Fuente: Elaboración propia investigación, para un esquema de (2018). compresión de imágenes médicas Las Transformadas Wavelet han tenido digitales con pérdida de información una amplia aceptación en el campo de mediante la arquitectura de cómputo en procesamiento de imágenes. Inicialmente paralelo CUDA. El método propuesto está fueron propuestas por el Matemático basado en la transformada wavelet Alfred Haar en el año 1909. Las Wavelet discreta para reducir la redundancia son una función de descomposición piscovisual. jerárquica. La Transformada Wavelet 2.1. Transformada Wavelet Discreta puede ser aplicada múltiples veces a una Actualmente la Transformada Wavelet imagen para obtener altas tasas de Discreta es una herramienta muy eficiente compresión, mejorando la calidad visual de compresión de imágenes debido a su de la imagen con una alta tasa de reducción de información. Las Wavelet compresión (Sahoo, Roy, & Chaudhuri, son señales que están relacionadas en 2014). tiempo y frecuencia, por lo tanto, tienen Recientemente la capacidad cómputo en una forma irregular. Existen dos partes de las Unidades Gráficas de Procesamiento la señal descompuesta. Las frecuencias (GPU) ha incrementado drásticamente, altas que contienen las partes detalladas permitiendo acelerar procesos y las frecuencias bajas que contienen las secuenciales eficazmente. Con la reciente partes aproximadas. La salida consiste en introducción de la arquitectura CUDA un filtro pasa altas (H), filtro pasa bajas desarrollada por NVIDIA, se ha propuesto (L), y la imagen es descompuesta otra vez acelerar mediante GPU algunos en 4 partes las cuales son LL, HH, LH, HL estándares de compresión de imágenes, (Patel, 2016). La Figura 2 muestra el como JPEG-XR (Che & Liang, 2010). Sin procesamiento de filtrado de la embargo, algunos aspectos de estos Transformada Wavelet Discreta. estándares no fueron diseñados para un paralelismo eficiente (Ao, Mitra, & Nutter, 2014). 93 El proceso consiste en dividir la imagen en Imagen L H bloques de 8x8. La Figura 3 representa la matriz de un bloque de 8x8 de la siguiente imagen. L H HL LL HL L HLH HH LH HH Figura 2. Descomposición wavelet aplicada a una imagen. Fuente: Elaboración propia (2018). 2.2. Transformada Wavelet Haar La Transformada Wavelet Haar es una forma eficiente de comprimir imágenes sin pérdida de información y con pérdida de Figura 3. a) Bloque de 8x8 de una imagen, b) información. Consiste en promediar y Representación como matriz numérica del bloque diferenciar los valores de una matriz para 8x8 de la imagen. Fuente: Elaboración propia producir una matriz la cual es dispersa. (2018). Una matriz dispersa es una matriz la cual Nos enfocamos en el primer una gran porción de sus entradas son 0. renglón de la matriz en la Figura 3 (b). Una señal continua puede ser aproximada �� = (96 102 104 102 96 87 85 88) por una secuencia de funciones de Se agrupan las columnas de �� en pares. impulsos unitarios, también llamadas �� = [96, 102], [104, 102], [96, 87], [85, 88] funciones de escalamiento. Se reemplazan las primeras 4 columnas �(�) = ∑� ��[��, ��) (1) de �� con su promedio correspondiente y La suma de dos funciones adyacentes de las últimas 4 columnas de � con � de la impulso es una función de escalamiento, � � denotada por (2): diferencia de estos pares ��. Se denotará como ��ℎ�: �[�,�) = �[�,�/�) + �[�/�,�) = {1, 0 ≤ � < 1 0, �� (2) ��ℎ� = (99 103 91.5 86.5 − 3 1 4.5 − 1.5) La diferencia de dos funciones adyacentes de impulso es la wavelet, Las 4 primeras entradas de ��ℎ� son llamados coeficientes de aproximación y denotada por (3): las últimas 4 entradas son llamados � = � �,� − � � = {1, 0 ≤ � < 1/2 − 1, [�,�) � � � � � �,� coeficientes de detalle. Se agrupan las 4 1/2 ≤ � < 0 (3) primeras columnas de ��ℎ�. [ ] Por lo tanto, la función (2) y (3) puede ser �� = 99, 103 , [91.5, 86.5] escrita de la siguiente forma (4): Se reemplazan las primeras 2 columnas de ��ℎ� con el promedio de los pares �� y �(�) = � � �,� + � � � � [ ) � [ ) � � �,� las siguientes dos columnas de � ℎ con � � � �� + �� + �� = � + � 2 [�,�) 2 [�,�) la diferencia de los pares ��. Las últimas 4 (4) 94 columnas de ��ℎ� se mantienen intactas. uso de álgebra lineal. Una matriz de � × � Se denotará como ��ℎ�ℎ�: es llamada ortogonal si sus columnas forman una base ortonormal de ��. La �� = (�� − � �. � − � � �. � − �. �) matriz es ortogonal si su inversa es equivalente a su transpuesta (5). Se agrupan las 2 primeras entradas de �� = �� (5) ��ℎ�ℎ�. �� = [��, ��] La Figura 5 representa la matriz normalizada Haar la cual combina las dos Se reemplazan la primera columna de partes fundamentales (aproximaciones y ��ℎ�ℎ� con el promedio de los pares �� y detalles) de la Transformada Wavelet la segunda columna de � ℎ ℎ con � la Haar. � � � � diferencia de los pares ��. Las últimas 6 columnas de ��ℎ�ℎ� se mantienen intactas. Se denotará como ��ℎ�ℎ�ℎ�: �� = (�� − � �. � − � � �. � − �. �) Figura 5. Matriz normalizada Haar de 8x8. Se repite el mismo proceso en los Fuente: Elaboración propia (2018). renglones faltantes de la matriz en la La Transformada Wavelet Haar puede Figura 3 (b). Y de igual manera se repite ser descrita de la siguiente manera (6), el mismo proceso en las columnas. La sea � la matriz de la Figura 3 (b) y sea � Figura 4 muestra la matriz resultante de la matriz de la Figura 5. aplicar la Transformada Wavelet Haar al bloque de 8x8 de la Figura 3 (b). � = �� (6) Lo importante del proceso es que la transformada es reversible (7). En particular, � es una matriz invertible si: � = (��)�� (7) Figura 4. Matriz dispersa resultante de la aplicación de la Transformada Wavelet Haar. � representa la imagen comprimida de �. Fuente: Elaboración propia (2018). Por lo tanto, si � es invertible, esta compresión es sin pérdida. 2.3.2 CUDA 2.3. Transformada Wavelet Haar en Paralelo CUDA es una arquitectura de cómputo en paralelo desarrollada por NVIDIA que El proceso de la Transformada Wavelet se ejecuta en GPU (Graphics Processor Haar puede ser optimizado mediante el Unit). Cada GPU consiste en un arreglo de 95 multiprocesadores en el cual cada uno paralelo. En la Figura 7 se muestra el tiene la capacidad de manejar hasta 1024 diagrama de hilos de procesamiento. hilos de procesamiento. La arquitectura de un programa en CUDA consiste en la ejecución de algunas fases en host (CPU) o en el dispositivo (GPU). Las fases del programa en el cual se desean ejecutar en paralelo son implementadas en el dispositivo. En la Figura 6 se muestra un diagrama de la ejecución de código en CUDA. Figura 7. Diagrama de bloques en CUDA de la Transformada Wavelet Haar. Fuente: Elaboración propia (2018). 2.4. Cuantización Figura 6. Diagrama de ejecución en CUDA. De acuerdo con (Sahoo et al., 2014) el Fuente: (B. Kirk & W. Hwu, 2009). objetivo de la cuantización es reducir la 2.3.2. Propuesta de Paralelización de precisión numérica para obtener mayores la TWD tasas de compresión. Este proceso es una De acuerdo con la teoría de la operación con pérdida de información, en Transformada Wavelet Haar, la imagen es el cual resulta en una pérdida de precisión dividida en bloques de 8 × 8 y y una distorsión irreversible. Cada valor es multiplicados por la matriz Haar. Cada expresado usando un número finito de bloque es asignado a un Grid en CUDA, dígitos. Sea � el umbral de cuantización. dentro de cada Grid existe un Block de Por lo tanto, los coeficientes en la matriz 8 × 8 hilos de procesamiento los cuales transformada en el cual su magnitud es realizan la multiplicación de matrices en menor o igual a � se convierten en ceros. paralelo. En la Figura 7 se muestra el De esta manera, la tasa de compresión es diagrama de hilos de procesamiento. incrementada. Matemáticamente esta es realizan la multiplicación de matrices en la ecuación que define el umbral de cuantización (8). 96 �(�) = {0, �� |�| < � �, �� (8) Length Encoding). Consideremos 10 2.5. ZigZag Scan coeficientes del vector de cuantización. La matriz de coeficientes umbralizados [0 0 0 0 3 3 10 13 13 13] necesita ser escaneada mapeando una Al codificar el vector mediante RLE � matriz de � × � hacia un vector de 1 × � . obtenemos el siguiente vector: Los coeficientes de frecuencia bajas van al en la parte superior del vector y los [(4,0); (3,2); (10,1); (13,3)] coeficientes de frecuencias altas en la La notación significa que es un vector de parte inferior. El escaneo ZigZag permite tuplas definidas por (�, �) donde � es el una alta tasa de corridas de ceros en el valor del coeficiente y � es el número de vector. En la Figura 8 se muestra el repeticiones consecutivas de �. El mejor proceso ilustrativo de ZigZag Scanning el de los casos para RLE, la compresión cual demuestra el recorrido a seguir en la estará dada por un tamaño de 2 × � matriz. siendo � el número de bits necesarios para representar un valor. El peor de los casos, la compresión estará dada por un tamaño de 2 × � × ��. 2.6. Tasa de Compresión Como el tamaño de la información comprimida es menor al tamaño de la Figura 8. Proceso ilustrativo de ZigZag información original, la tasa de Scanning. Fuente: (Sundara Rajan & Fred, 2017) compresión denota esta relación. Entre 2.6. Run Length Encoding más alta es la tasa de compresión más La codificación entrópica consiste en información es comprimida para ser codificar la información sin pérdida de esta transportada en un menor intervalo de misma para obtener representación de la tiempo y el sistema es más eficiente. información en una secuencia de bits de Como se discutió anteriormente, entre menor tamaño. Cada pixel en la imagen más información es comprimida, puede es codificado usando � bits. Por lo tanto, perderse una cantidad de información. La el número total de bits para almacenar una tasa de compresión está definida imagen es � × � × �. Después del mediante la siguiente ecuación (9): �� proceso de cuantización y ZigZag �� = (9) Scanning, se obtiene un vector �� unidimensional con muchos ceros Donde �1 es la tasa de información de consecutivos. Basándose en esta la imagen original y �2 es la tasa de propiedad podemos aplicar RLE (Run información del bit-stream codificado. 97 2.7. Criterios de Fidelidad 2.7.3. Índice de similitud estructural Para evaluar el rendimiento de un (SSIM) algoritmo de compresión, es necesario La métrica SSIM es una métrica bien definir mediciones que permitan estimar la conocida para medir la similitud entre dos diferencia entre la imagen original y la imágenes. Está considerada tener una imagen codificada. Se emplearon tres correlación con la percepción de calidad tipos criterios de fidelidad para determinar del sistema visual humano (HVS). Está el rendimiento del esquema de diseñado para modelar cualquier compresión propuesto. distorsión de la imagen con una combinación de tres factores, pérdida de correlación, distorsión en la luminosidad y 2.7.1. Error cuadrático medio (MSE) distorsión en el contraste. Está dado por Esta medición numérica es la ecuación (12): ampliamente utilizada, estima en ��(�, �) = �(�, �)�(�, �)�(�, �) promedio la diferencia cuadrática entre donde, dos imágenes. Está dado por la ecuación (10). � �� (�, �) = ∑� ∑� (� − � )� (10) �� (12) 3. Resultados 2.7.2. Relación señal ruido pico (PSNR) En esta sección se muestran los El valor del PSNR representa la resultados de ejecución del algoritmo medición del pico de error. Denota la tanto en CPU como en GPU, se utilizan fidelidad entre la señal original y la señal los criterios de fidelidad antes comprimida, entre más alto sea su valor, mencionados para analizar el rendimiento mayor es la calidad de la compresión. La del algoritmo de compresión. mayoría de los sistemas de compresión están diseñados para minimizar el valor El ambiente de ejecución contiene el MSE y maximizar el valor PSNR. Está siguiente hardware: NVIDIA GeForce dado por la ecuación (11). GTX 1080 GPU, NVIDIA Tesla K40c GPU, 2 CPU Xenon (16 cores), 64GB de memoria RAM. En la Tabla 1 se aprecian �� los resultados experimentales de la ��(�, �) = � � (11) ��(�,�) ejecución del algoritmo. En la Figura 9 se muestran las imágenes decodificadas de la Tabla 1. 98 Tabla 1: Resultados experimentales. Imagen Tamaño Tiempo de ejecución Umbral de CR MSE PSNR SSIM (ms) Cuantización � CPU GPU IM-0001- 512x512 70.00ms 20.00ms 30 3.28715 21.1609 34.8755 0.975439 0007.tif IM-0004- 512x512 90.00ms 20.00ms 30 3.6104 19.7282 35.1799 0.917213 0005.tif IM-0009- 256x256 10.00ms 5.00ms 30 3.66246 14.6276 36.4791 0.975698 0023.tif lena.bmp 512x512 90.00ms 20.00ms 30 3.0575 25.9297 33.9928 0.998275 loros.png 256x256 20.00ms 10.00ms 30 3.17151 19.7955 35.1651 0.988836 Fuente: Elaboración propia (2018). IM-0001-0007.tif IM-0004-0005.tif IM-0009-0023.tif lena.bmp loros.png Figura 9. Imágenes de prueba de la Tabla 1. Fuente: Elaboración propia (2018). El método propuesto fue aplicado a índices de error MSE, con un incremento diferentes imágenes médicas obtenidas en la calidad de la imagen denotado por el de resonancias magnéticas mediante índice PSNR y una similitud de la programación en paralelo y se puede imagen con respecto a la original de hasta apreciar una mejora en los tiempos de un 99% denotada por la métrica SSIM. ejecución de al menos un 50% más rápido con respecto a CPU, entre más grande es 4. Discusión el tamaño de la imagen la proporción en Se comprueba que la Transformada los tiempos de ejecución es mayor. Entre Wavelet Discreta es una excelente más alto es el umbral de cuantificación, herramienta para facilitar compresión de mayor es la tasa de compresión y mayor imágenes, en este caso la Wavelet es la pérdida de información, sin embargo, utilizada fue la Haar, pero puede ser esta pérdida de información puede llegar utilizada otro tipo de Wavelet como a ser mínima; pudiendo obtener bajos transformación y obtener resultados 99 similares. Al paralelizar el proceso de la Analysis and Interpretation. Transformada Haar se obtiene una gran https://doi.org/10.1109/SSIAI.2014.6806 019 mejora en los tiempos de ejecución del B. Kirk, D., & W. Hwu, W. (2009). In praise of algoritmo en comparación con una programming massively parallel ejecución secuencial, esto significa que processors: a hands-on approach. podemos obtener una mayor cantidad de Che, M.-C., & Liang, J. (2010). GPU imágenes comprimidas en un implementation of JPEG XR, 7543, determinado intervalo de tiempo. 754309. https://doi.org/10.1117/12.846701 5. Conclusiones Gonzalez, R. C., & Woods, R. E. (Richard E. (2008). Digital image processing. Digital En este trabajo se propone una image processing. solución de compresión de imágenes en Hussain, A. J., Al-Fayadh, A., & Radi, N. paralelo mediante programación en (2018). Image compression techniques: CUDA. Tanto la Transformada Wavelet A survey in lossless and lossy algorithms. Discreta como la Transformada Inversa Neurocomputing, 300, 44–69. https://doi.org/10.1016/j.neucom.2018.0 Wavelet Discreta fueron implementados 2.094 en paralelo, esto permitió reducir los Patel, R. (2016). Lossless DWT Image tiempos de ejecución del algoritmo, la Compression using Parallel Processing. codificación entrópica RLE fue Indian Journal of Science and implementada en CPU. Es Technology ISSN, (929), 974–6846. https://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i29/9 completamente viable utilizar otro tipo de 1008 codificación entrópica, o mejorar esta. Sahoo, R., Roy, S., & Chaudhuri, S. S. (2014). Como trabajo futuro se tiene el Haar Wavelet Transform Image mejoramiento de Run Length Encoding Compression U sing Run Length mediante una función de apareamiento, Encoding, 71–75. permitiendo obtener mayores tasas de Sundara Rajan, P. V., & Fred, A. L. (2017). An Efficient Compound Image Compression compresión y sin que exista pérdida de Using Optimal Discrete Wavelet información. Transform and Run Length Encoding Techniques. Journal of Intelligent Referencias Systems, 0(0). Alarabeyyat, A., Al-Hashemi, S., Khdour, T., https://doi.org/10.1515/jisys-2016-0096 Hjouj Btoush, M., Bani-Ahmad, S., Al- Vaishnav, M., Kamargaonkar, C., & Sharma, Hashemi, R., & Bani-Ahmad, S. (2012). M. (2017). Medical Image Compression Lossless Image Compression Technique Using Dual Tree Complex Wavelet Using Combination Methods. Journal of Transform and Arithmetic Coding Software Engineering and Applications, Technique. International Journal of 05(10), 752–763. Scientific Research in Computer https://doi.org/10.4236/jsea.2012.51008 Science, Engineering and Information 8 Technology, 3(3), 172–176. Ao, J., Mitra, S., & Nutter, B. (2014). Fast and Wei, W.-Y. (2008). An introduction to image efficient lossless image compression processing. Optics and Lasers in based on CUDA parallel wavelet tree Engineering, 15(4), 281–282. encoding. In Proceedings of the IEEE https://doi.org/10.1016/0143- Southwest Symposium on Image 8166(91)90068-5 100 Base de datos para reconocimiento de habla audio-visual Mejía Pérez Kenneth1, Perales Soto Pamela2, Córdova Esparza Diana Margarita3, Romero González Julio Alejandro4, Terven Juan5, Morales Pacheco Raúl6 khmapz18@yahoo.com.mx1, naye.ps@outlook.com2, diana_mce@hotmail.com3, jarg.romer25@gmail.com4, j.r.terven@ieee.org5, r_mp22@hotmail.com6 Resumen Debido a su gran capacidad, los sistemas modernos de aprendizaje automático son capaces de mejorar su rendimiento mientras más datos se usen para entrenarlos. Por lo tanto, los datos se han vuelto una de las herramientas más valiosas en el área de Inteligencia Artificial. En este trabajo, se describe un método para generar una base de datos que puede ser usada para entrenar sistemas de reconocimiento de habla a partir de información visual. Para probar el método propuesto, se generó una base de datos de más de 30 mil muestras de entrenamiento donde cada muestra consiste de un video con su respectiva anotación. La alineación de texto y video tiene precisión de milisegundos gracias al motor de Audio-a-Texto de IBM. La metodología que se propone puede usarse para cualquier idioma simplemente usando videos en el idioma deseado. La base de datos y el código fuente para generarla tienen acceso libre Palabras clave: base de datos, lectura de labios, aprendizaje automático. 1. Introducción reconocimiento de frases u oraciones en La lectura de labios ha sido objeto de español a partir de secuencias de recientes estudios, la cual trata de imágenes. Uno de los problemas más comprender el movimiento para desafiantes en este sentido son las transformarlo en información visual o palabras homófonas que, aunque son auditiva, por supuesto, el objetivo es escritas de forma distinta, al pronunciarlas entender el habla, una de las principales el movimiento de los labios es semejante. aplicaciones está enfocada a personas Con esto en mente, hemos creado una con discapacidades auditivas, en las que, base de datos con más de 30 mil mediante un transductor, pueden muestras, donde cada muestra consiste interpretar los movimientos de los labios y de un breve fragmento de video con su representarlos en texto o lenguaje de respectiva anotación de audio. señas. La fuente de los videos es YouTube, de Como objetivo principal, este trabajo donde seleccionamos video blogs, TED busca crear una base de datos con talks, noticias y otros, con la intención de suficiente información para entrenar contar con diversidad en los movimientos sistemas de aprendizaje automático de de los labios. Cada muestra tiene una 101 duración de uno a seis segundos y cuenta categorías e imágenes por cada una de con una a 5 palabras habladas con su ellas. respectiva anotación. Por cuestiones de Para poder realizar tareas de almacenamiento y derechos de autor, solo reconocimiento a través del proveemos la anotación de los videos con entrenamiento de redes neuronales existe su respectiva marca de tiempo (inicio y fin ImageNet, una base de datos utilizada por de la muestra) y el enlace investigadores y estudiantes que contiene correspondiente. millones de imágenes organizadas 1.1 Estado del arte mediante la jerarquía de WordNet, en la que cada nodo está representado por un En la literatura se pueden encontrar promedio de 500 a 1000 imágenes de alta diversas bases de datos que contienen resolución. ImageNet en su estado actual imágenes etiquetadas, las cuales son está formada por 12 subárboles con 5247 útiles para probar algoritmos de conjuntos de sinónimos (synsets) y 3.2 aprendizaje en las áreas de conocimiento millones de imágenes en total. Las como son: Visión por Computadora e imágenes pertenecen a mamíferos y Inteligencia Artificial. vehículos, sus principales aplicaciones Para el caso de Visión por Computadora son: reconocimiento, clasificación y que tiene como principal objetivo, el agrupamiento automático de objetos análisis y comprensión de una escena del (Deng, et al, 2009). mundo real capturada en una imagen por Otra base de datos enfocada en el medio de una cámara. Se deben incluir reconocimiento es PASCAL visual object tareas para el reconocimiento de objetos classes (VOC), utilizada como referencia presentes en una imagen, determinar qué en el reconocimiento y detección de atributos tienen esos objetos y categorías de objetos visuales. proporcionar una descripción semántica Proporciona al usuario un conjunto de de la escena. datos estándar de imágenes y Dentro de las bases de datos utilizadas anotaciones utilizadas para el aprendizaje para el reconocimiento de objetos existen automático (Everingham, et al, 2010). Caltech 101 y Caltech 256, en el caso de La base de datos Scene Understanding Caltech 101 se basa en las imágenes de (SUN) es también utilizada para el google y contiene imágenes de objetos reconocimiento de escenas reales del pertenecientes a 101 categorías. Con mundo, contiene 899 categorías y aproximadamente 50 imágenes por cada 130,519 imágenes que muestran categoría (Fei-Fei, et al, 2007). Caltech diferentes actividades humanas como: 256, consta de 256 categorías de objetos comer en un restaurante, leer en una que contienen un total de 30607 imágenes biblioteca, dormir etc. Las escenas y sus (Griffin, et al, 2007), esta base de datos funciones asociadas, están presenta mejoras con respecto a Caltech estrechamente relacionadas con las 101, debido al incremento en el número de 102 características visuales que estructuran el Lip Reading Sentences in the Wild (LRS2) espacio (Xiao, et al, 2010). y Lip Reading in Profile (LRS3) son bases Microsoft Common Objects in COntext de datos audiovisuales utilizadas también (MS COCO) es una base de datos para el reconocimiento de voz. La LRS2, también utilizada para el reconocimiento y consta de miles de oraciones obtenidas de etiquetado de objetos, contiene 91 la Corporación de Radiodifusión Británica categorías de objetos comunes, 82 de las (BCC, por sus siglas en inglés) y cada cuales tienen más de 5,000 instancias oración es de hasta 100 caracteres de etiquetadas. A diferencia con ImageNet, longitud (Chung, et al, 2017). COCO tiene menos categorías, pero más LRS3, es una base de datos multimodal instancias en cada categoría, lo que para el reconocimiento del habla permite ayudar en el aprendizaje de audiovisual. Incluye pistas faciales de más modelos detallados de objetos (Lin, et al, de 400 horas de vídeos TED y TEDx, junto 2014). con sus subtítulos correspondientes Para el caso de reconocimiento de (Afouras & Chung, 2018). palabras pronunciadas por una persona, Las contribuciones de este trabajo son las que es el tema de interés en el que se siguientes: enfoca la propuesta que se describe en 1. Una extensa base de datos que se este documento, existen trabajos en la puede usar para entrenar sistemas literatura. Sin embargo, se centran en automáticos de lectura de labios. reconocer entornos controlados como 2. La metodología y el código fuente pueden ser dígitos y alfabetos, esto de libre acceso que se puede debido a la escasez de bases de datos utilizar para generar bases de para lograr esta tarea. Una aproximación datos en cualquier otro idioma. a nuestra propuesta es el trabajo realizado por Chung et al., en el cual se implementó 2. Metodología un canal para la recopilación de datos a Esta sección describe el sistema que se gran escala totalmente automatizado a propone en este documento para partir de transmisiones de televisión. Con recolectar y procesar automáticamente esto, se generó Lip Reading in the Wild una base de datos a larga escala, usada (LRW) una base de datos con más de un para aplicaciones de lectura de labios. millón de instancias de palabras, habladas Utilizando esta metodología, se por más de mil personas diferentes; de recolectaron miles de muestras cubriendo igual forma se desarrollaron arquitecturas un vocabulario de 10,000 palabras con redes neuronales convolucionales diferentes. para que pudieran aprender y reconocer El procedimiento mostrado en la Figura 1, de manera efectiva cientos de palabras de consiste en los siguientes pasos: 1) este conjunto de datos a gran escala Obtener los videos de YouTube y extraer (Chung, et al, 2016). su audio; 2) para cada audio, extraer las 103 palabras junto con su tiempo de inicio, fin 2.3. Recortar texto en muestras de y nivel de confianza haciendo uso del máximo 5 palabras servicio de speech-to-text de IBM; 3) A partir de los resultados del texto recortar el texto en muestras de máximo 5 extraído de los archivos de audio, se palabras; 4) determinar los fotogramas recortó el audio en muestras de máximo 5 involucrados en cada muestra y detectar palabras. La razón de esto es que las las caras presentes; 5) si existe una sola palabras homófonas son visualmente cara en los fotogramas de la muestra, idénticas pero su significado es diferente calcular una caja delimitadora que (e.g. as, has, haz). En estos casos, es englobe solo la cara; 6) almacenar necesario el contexto para desambiguar. resultados en archivo. Si alguna palabra menor de 4 letras queda A continuación, se describe cada uno de sola se omite, debido a que su estos pasos con más detalle (ver Figura reconocimiento es ambiguo. 1). 2.4. Determinar los frames y detectar rostros Para determinar que porción del video usar, se hace uso de la información de tiempo extraída con el motor de audio-a- texto. Se calcula el frame inicial y el frame Figura 1. Procedimiento para generar texto y final con las ecuaciones 1 y 2. videos alineados. 2.1. Obtener videos y extraer audio En esta etapa se seleccionaron diversas categorías de videos en español, donde s_min, s_sec, e_min y e_sec son incluyendo pláticas TED talks, video blogs representan minuto inicial, segundo y noticias. Se descargaron los videos y se inicial, minuto final y segundo final les extrajo el audio usando ffmpeg con el respectivamente. siguiente comando: Una vez que se tienen los frames, se ejecuta el algoritmo de detección de caras que utiliza el método de (Zhang, et al. 2016). La Figura 1 muestra la detección 2.2. Conversión de Audio a Texto de caras en un video. Haciendo uso del motor de Audio-a- 2.5 Conteo de rostros y extracción de Texto de IBM (Speech to text), para cada video archivo de audio se extrajo cada palabra con información de nivel de confianza, Con la finalidad de asegurar que el marca de tiempo de inicio y fin, guardando audio pertenece a una persona, se hace esta información en archivos json. el conteo de las caras en la imagen y se seleccionan sólo aquellos fragmentos de 104 video que contienen una sola persona diferentes con más de 10 mil palabras hablando. diferentes y se generó una base de datos Durante el fragmento de video se realiza que contiene el texto, el tiempo de inicio y el seguimiento del rostro y se registran las fin, el nivel de confianza de la predicción, coordenadas máximas y mínimas de las las coordenadas de la cara y el enlace del cajas delimitadoras (caja blanca mostrada video. en la Figura 2). La Figura 3 presenta las primeras 10 muestras de la base de datos. Figura 3. Primeras 10 muestras de la base de datos. Figura 2. Detección y conteo de caras. La Figura 4 muestra un ejemplo de la secuencia de frames para las palabras 2.6 Almacenar información “jugando”, “llamamos” y “yo veo”. Una vez que se obtiene la información de las porciones de video que contienen una persona hablando, se almacena en un archivo de texto la información mostrada en la Tabla 1. Tabla 1. Anotaciones por muestra. Anotación Descripción texto Texto hablado en el video conf Nivel de confianza de la detección en un rango de 0 a 1 start, end Tiempo inicial y final del video que contiene el texto. Figura 4. Ejemplos de secuencias para las bounding Coordenadas de rectángulo de la palabras “jugando”, “llamamos” y “yo veo”. box cara en píxeles (x, y, ancho, alto) En la Figura 5 se visualizan las 10 link Enlace de video de YouTube omitiendo www.youtube.com/ palabras más frecuentes de la base de datos. 3. Resultados Como se describió en la sección 2.3, cada muestra contiene múltiples palabras, la En total se anotaron cientos de videos de YouTube con más de 30,000 muestras 105 Figura 6 muestra el conteo de palabras persona recitando de una a cinco por muestra. palabras. El conjunto de video y texto anotado puede ser usado para entrenar sistemas de reconocimiento de habla basados en visión (lectura de labios), generación sintética de caras hablando para fines de animación o videojuegos. Sin embargo, esto no es nuevo y existen extensas bases de datos de este tipo, pero para el Figura 5. 10 palabras más frecuentes. idioma inglés. En este trabajo se desarrolló una base de datos de este tipo, pero en español para apoyar la comunidad científica de habla hispana. Más aún, la metodología propuesta puede ser usada para generar de manera automática bases de datos para entrenar modelos de reconocimiento de habla Figura 6. Número de palabras por muestra. audio-visual en cualquier idioma Se creó una página web para alojar simplemente proporcionando los videos la base de datos en la siguiente dirección: en el idioma deseado. www.lipreadingdata.com Una limitación de este método es que Para asegurar reproducibilidad, el código hace uso del motor de Audio-a-texto de fuente usado para generar la base de IBM que corre en la nube y tiene un costo datos se encuentra disponible en por minuto. La ventaja es que permite que https://github.com/jrterven/lip_reading_da la alineación entre video y anotación tenga taset. precisión de milisegundos, cosa que no ofrecen otros servicios gratuitos como el 4. Discusión de Google Cloud. Los sistemas de aprendizaje Otra limitación de la metodología automático, en particular los basados en propuesta, es que sólo extrae datos de redes neuronales profundas requieren de videos que contienen una sola persona grandes cantidades de datos para saciar hablando con el fin de asegurar que la voz sus capacidades de aprendizaje y sean corresponde con la cara en el video. Esto capaces de generalizar. En este trabajo se excluye gran cantidad de videos que recolectaron más de 30 mil muestras de pueden proveer una alta diversidad de entrenamiento donde cada muestra palabras por ejemplo en discusiones, consiste de un video con su respectiva entrevistas, etc. Para abordar esta anotación. Cada video contiene una limitación, se está desarrollando un 106 sistema de detección de movimiento de database. In Computer Vision and boca que será incluido como trabajo a Pattern Recognition, 2009. CVPR futuro para poder extraer información de 2009. IEEE Conference on (pp. 248- aquellos videos que contienen más de una 255). Ieee. url dataset: persona y agrandar significativamente la http://www.image-net.org/. base de datos. Everingham, M., Van Gool, L., Williams, C. K., Winn, J., & Zisserman, A. (2010). The 5. Conclusiones pascal visual object classes (voc) En este trabajo se describe la challenge. International journal of metodología usada para generar de computer vision, 88(2), 303-338. manera semi-automática una base de Xiao, J., Hays, J., Ehinger, K. A., Oliva, A., & datos que puede ser usada para Torralba, A. (2010, June). Sun desarrollar sistemas automáticos de database: Large-scale scene lectura de labios basados en visión por recognition from abbey to zoo. In computadora o sistema de generación Computer vision and pattern sintética de caras hablando. La base de recognition (CVPR), 2010 IEEE datos propuesta cuenta con más de 30 mil conference on (pp. 3485-3492). IEEE. muestras anotadas con información Lin, T. Y., Maire, M., Belongie, S., Hays, J., precisa de tiempo y nivel de confianza. El Perona, P., Ramanan, D., ... & Zitnick, código fuente usado para generar la base C. L. (2014). Microsoft coco: Common de datos es de libre acceso y puede ser objects in context. In European conference on computer vision (pp. usado para generar bases de datos 740-755). Springer, Cham. similares para otros idiomas. Chung, J. S., & Zisserman, A. (2016, Referencias November). Lip reading in the wild. In Fei-Fei, L., Fergus, R., & Perona, P. (2007). Asian Conference on Computer Vision Learning generative visual models (pp. 87-103). Springer, Cham. from few training examples: An Chung, J. S., Senior, A. W., Vinyals, O., & incremental bayesian approach tested Zisserman, A. (2017, July). Lip on 101 object categories. Computer Reading Sentences in the Wild. In vision and Image understanding, CVPR (pp. 3444-3453). url dataset: 106(1), 59-70. url dataset: http://www.robots.ox.ac.uk/~vgg/data/l http://www.vision.caltech.edu/Image_ ip_reading/lrs2.html. Datasets/Caltech101/#Description. Afouras, T., Chung, J. S., & Zisserman, A. Griffin, G., Holub, A., & Perona, P. (2007). (2018). LRS3-TED: a large-scale Caltech-256 object category dataset. dataset for visual speech recognition. url dataset: arXiv preprint arXiv:1809.00496. url http://www.vision.caltech.edu/Image_ dataset: Datasets/Caltech256/. http://www.robots.ox.ac.uk/~vgg/odat Deng, J., Dong, W., Socher, R., Li, L. J., Li, K., a/lip_reading/lrs3.html. & Fei-Fei, L. (2009, June). Imagenet: A large-scale hierarchical image 107 Zhang, K., Zhang, Z., Li, Z., & Qiao, Y. (2016). Processing Letters, 23(10), 1499- Joint face detection and alignment 1503. using multitask cascaded convolutional networks. IEEE Signal 108 Clasificación de mastografías mediante el uso de redes convolucionales Carrillo Paredes Sergio1, Hinojosa Navarro Vania2, Herrera Navarro Ana Marcela3, Del Río-Magaña Erika4 scarrillo12, vhinojosa@alumnos.uaq.mx 1,2, mherrera@uaq.mx3, erika.delrio@uaq.mx4 Resumen En el presente trabajo se presenta un método para la clasificación de calcificaciones, nódulos y tejido Mamario usando una Red Neuronal Convolucional (CNN) basada en la arquitectura Alex Net. Se aplicó Transfer Learning, para la clasificación de imágenes mastográficas usando la base de datos CBIS DDSM. Se entrenaron 3 arquitecturas CNN para las diferentes regiones de interés (ROI´s): Calcificaciones, Densidad del Tejido Mamario y Masas o Nódulos. En una etapa se realiza la concatenación de las tres arquitecturas. Una vez obtenida la capa completamente conectada se muestra una capa más robusta obteniendo un clasificador. Palabras clave: Redes neuronales Convolucionales, AlexNet, clasificación imágenes, mastografía, cáncer de mama. 1. Introducción compartir estas imágenes y salvaguardar La detección de cáncer de mama sigue la información de los pacientes. siendo un problema de salud mundial, En los últimos 10 años el uso de técnicas mediante el uso de la tecnología se han de inteligencia artificial aplicadas al logrado avances significativos, el procesamiento de mastografías nos ha desarrollo de los rayos-x nos permitió demostrado que se pueden obtener observar el interior de nuestros cuerpos, resultados que nos permitan lograr la invención del tomógrafo nos brindó detectar el cáncer de forma más temprana imágenes mucho más detalladas de la y con mayor precisión. Por supuesto no podemos dejar de mencionar a las glándula mamaria, el tomógrafo con reconstrucciones en 3D, la morfología ciencias de la salud las cuales han matemática nos ha ayudado a identificar estudiado y documentado la forma en que ciertas áreas de interés en conjunto con funciona nuestro cuerpo y las los programas de diagnóstico asistido por enfermedades que padece, trabajando de computadora (CAD), el procesamiento de manera multidisciplinaria es como hemos imágenes nos ayuda a generar imágenes logrado llegar al punto donde nos de más resolución con menor cantidad de encontramos hoy en día. almacenamiento, a mejorar la calidad de El cáncer de mama ocupa el segundo las imágenes, a disminuir el ruido, a lugar dentro de los tipos de cáncer más mejorar el contraste por enlistar algunas, desarrollados por las personas a nivel la criptografía ha creado métodos para mundial y ocupa la primera posición en los tipos de cáncer que afectan a las mujeres, 109 si se detecta en etapas tempranas los embargo debido al costo asociado con la pacientes tiene un 80 – 90% de adquisición y operación de estos últimos posibilidades de sobrevivir (Ferlay, no se emplea aún de forma masiva y son Soerjomataram, Ervik, Dikshit, Eser, muy pocas las instituciones privadas y Mathers, Rebelo, Parkin, Forman, y Bray, públicas que tienen acceso a este tipo de 2015). equipos. En 2015 se realizó un estudio donde se trató de estimar el costo promedio del 2. Trabajos relacionados tratamiento contra el cáncer de mama, el De los aspectos más importantes a costo promedio obtenido se encuentra en evaluar y los cuales se ha investigado más el rango de los 322 a los 383 mil pesos a profundidad son: Calcificaciones, dependiendo de la etapa en la cual fue nódulos o masas y Tejido Mamario. detectado (González-Robledo, Wong, Ornelas, & Knaul, 2015), lo cual lo sitúa 2.1 Métodos de clasificación de dentro de los tratamientos más baratos densidad de Tejido Mamario. contra el cáncer. Sin embargo, por su alta Wu et al., (2017) propusieron un incidencia representa un costo método llamado clasificación de la significativo para los servicios de salud densidad mamaria en el cual utilizaron un públicos o privados. clasificador entrenado con características De acuerdo con cifras del 2015 del basado en histogramas determinado por Instituto Nacional de Estadística y la intensidad de pixeles en la imagen, esto Geografía (INEGI) alrededor del 17.1% de es, tomaron la intensidad de los pixeles la población mexicana son mujeres de 40 como características y usaron regresión años o más, lo que representa en cifra Softmax como clasificador. cerradas alrededor de 14.13 millones de mujeres de un total de 121 millones de Mohamed, Berg, y Jankowitz (2018), mexicanos. desarrollaron un método de Red Neuronal Convolucional Profunda para distinguir los La sociedad de cáncer Americana (2016) tejidos tipo B fibroglandular disperso y establece que el estudio con mayor grado Tipo C heterogéneamente Denso de aceptación hoy en día dentro de la empleando dos-clases de CNN, usaron comunidad médica internacional es la una versión mejorada del Modelo Alex Net mastografía o mamografía, la cual que no está entrenado con el aumento de consiste en realizar dos tomas con rayos datos de re-encendido y el orden de las X de baja emisión de radiación, capas de agrupación y normalización aproximadamente 0.4 milisievert (mSv), están intercambiadas. La estructura de su desde diferentes ángulos, a las cuales se CNN consta de cinco capas les denomina proyecciones, una técnica convolucionales tres de ellas son max más nueva realiza varias tomas para pooling y tres completamente conectadas poder generar un modelo en 3D a este con una función final sofmax de dos vías, estudio se le denomina tomosíntesis, sin 110 este modelo fue como un sistema end-to 2.3 Métodos de clasificación de end, con el fin de clasificar las dos calcificaciones. categorías de Densidad mamarias establecidas por el sistema BI-RADS. Wang et al. (2016), presentó un enfoque de aprendizaje profundo para Dhungel, Carneiro, y Bradley (2017), discriminar los casos de micro- presentaron un enfoque para detectar y calcificaciones en un conjunto de datos de clasificar las regiones candidatas en cáncer de mama. El método se probó normales y anormales utilizando un utilizando dos escenarios, uno con micro- enfoque de aprendizaje profundo. El calcificaciones y otro con micro- método detecta las regiones sospechosas calcificaciones y masas juntas. Su método utilizando el aprendizaje profundo en logró una precisión discriminatoria del cascada combinado con optimizaciones 87,3% en la identificación de bayesianas. calcificaciones y una precisión de clasificación del 85,3% utilizando el 2.2 Métodos de clasificación de masas clasificador SVM. o nódulos Tingberg, Workshop, y Hutchison Mavroforakis, Georgiou, Dimitropoulos, (2016),(Tingberg et al., 2016) realizaron Cavouras y Theodoridis (2006) realizaron un trabajo sobre la detección automática un enfoque cuantitativo basado en una de micro-calcificaciones en mamografías clasificación de Texturas de masas, de múltiples proveedores mediante el uso basado en arquitecturas de clasificadores de redes neuronales donde tuvieron un avanzados y apoyados por análisis fractal set de 1600 imágenes de mama del conjunto de datos de la extracción de provenientes de distintos fabricantes (GE, características. Ramírez y Ramírez (2012) Hologic, Siemens) su detector de eligieron un método de Máquina de clasificación se sitúo dentro de 2 clases soporte Vectorial (SVM) y métodos de micro-calcificaciones y no-micro clasificación basados en neuronas calcificaciones, la CNN fue entrenada con combinando la energía del paquete de las un pequeños set de datos, la arquitectura wavelets. Verma, Mcleod, y Klevansky de esta CNN fue inspirada en OxfordNet, (2010) extrajeron varios tipos de para la clasificación se utilizó el características como densidad, clasificador cascada, que consiste en una morfología, anormalidad rango de secuencia de nodos, donde en cada nodo evaluación de la anormalidad y así un clasificador independiente clasifica los sucesiva-mente para la descripción de las parches definidos anteriormente en la masas, crearon agrupamientos blandos, CNN. poste-reoriente hicieron subclases de 3. Metodología clasificación de estos agrupamientos y para su clasificación se utilizó la red 3.1 Arquitectura Alex Net neuronal blanda y el método de Alex Net fue diseñada por el grupo aprendizaje de agrupamiento directo. SuperVision, formado por Alex 111 Krizhevsky, Geoffrey Hinton e Ilya imágenes. Las imágenes se re escalaron Sutskever, Alex Net en el concurso de a 224X224 pixeles. Los clasificadores son ImageNet LSVRC-2012 superó de tipo binario, para la clasificación de significativamente a competidores calcificaciones existen 2 clases malignas anteriores tras reducir el error del top-5 del y benignas, en el caso del tejido, se 26% al 15.3%. La tasa de error del hicieron 2 clasificaciones, tejido segundo lugar entre los cinco primeros, fibroglandular disperso (Tipo B) y que no fue una variación de CNN, fue de Heterogéneamente denso (Tipo C) y para alrededor del 26,2%. la clasificación de nódulos se emplearon 2 La red presenta una arquitectura muy clases malignos y benignos similar a LeNet de Yann LeCun et al, pero La base de datos utilizada es la CBIS- era más profunda, con más filtros por DDSM (Curated Breast Imaging Subset capa, y con capas convolucionales of DDSM) es una versión actualizada y apiladas como se puede ver en la Figura estandarizada de la base de datos digital 1. Ésta consiste en 11x11, 5x5 ,3x3, para mamografías de detección (DDSM). convoluciones, pooling máximo, abando- El DDSM es una base de datos de 2,620 no (dropout), aumento de datos, estudios de mamografía de película activaciones ReLU, SGD con momentum. escaneada. Contiene casos normales, Acopló activaciones ReLU después de benignos y malignos con información de cada capa convolucional totalmente patología verificada. La escala de la base conectada. AlexNet recibió un de datos, junto con la validación de la entrenamiento durante 6 días verdad fundamental, hace que el DDSM simultáneamente en dos GPUs Nvidia sea una herramienta útil en el desarrollo y Geforce GTX 580, lo que explica por qué prueba de sistemas de soporte de su red se divide en dos ductos. decisiones. La colección CBIS-DDSM incluye un subconjunto de los datos DDSM seleccionados y revisados por un Médico Radiólogo Sub especialista en Mama entrenado. Las imágenes han sido descomprimidas y Figura 1. Arquitectura original de Alex Net. convertidas a formato DICOM. También 3.2 Set de datos se incluyen cuadros actualizados de segmentación y delimitación del ROI, y Para este estudio se utilizaron un total diagnóstico anatomopatológico para los de 747 imágenes para la fase de datos de entrenamiento (Sawyer, Rebeca, entrenamiento y 60 imágenes para la fase Gimenez F., et al, 2017) prueba. Las cuales se distribuyen de la siguiente forma: 249 imágenes para micro 3.3 Arquitectura calcificaciones, 249 para Tejido y 249 para Se entrenaron tres clasificadores nódulos, se probó la red con un set de 60 basados en AlexNet, cada uno con un 112 conjunto de 249 imágenes, a los cuales se La primera letra indica las calcificaciones les modificó la última capa y se aplicó la (B para benignas, M para malignas), la técnica de transferencia de aprendizaje segunda para masas (B para benignas, M (Transfer Learning), como se muestra en para malignas) y la última para el tipo de la figura 2. tejido (B para fibroglandular disperso y C para Heterogéneamente denso). El clasificador obtuvo una exactitud promedio de 0.61 lo cual tiende a reconocer de una mejor forma las patologías benignas en un tejido menos Figura 2. Arquitectura de Alex Net – TL utilizada. denso, en este caso logra obtener una exactitud del 0.75, y se desempeña de Cada clasificador fue entrenado para forma más ineficiente con patologías reconocer una de las tres características malignas en tejido más denso, donde solo deseadas, las salidas de cada clasificador logró obtener una exactitud del 0.43. son binarias, posterior a esto se agregó una capa de concatenación, una capa 5. Conclusiones y trabajos futuros completamente conectada y finalmente En este artículo, exploramos una una capa para realizar la tarea de arquitectura en la cual combinamos 3 clasificar en 8 clases, ver figura 3. clasificadores, buscando obtener mejores resultados al momento de combinar 3 características, calcificaciones, masas o nódulos y Tejido Mamario en conjunto, sobre la imagen de una mastografía. Sin embargo, no se logró obtener una mejora significativa en el desempeño, creemos que podemos mejorar la exactitud mediante la implementación de Figura 3. Arquitectura del modelo utilizado. un conjunto de datos más amplio, continuaremos explorando en trabajos futuros otros enfoques y arquitecturas de 4. Resultados clasificadores, con el fin de obtener una En la Tabla 1 se presenta la matriz de mejor exactitud y ayudar a los médicos confusión obtenida usando la arquitectura Radiólogos a brindar un mejor propuesta como clasificador. Cabe diagnóstico. mencionar que para este experimento se Referencias utilizó un set de 747 imágenes para entrenamiento y 60 imágenes para Dhungel, N., Carneiro, G., & Bradley, A. P. (2017). A deep learning approach for the prueba. analysis of masses in mammograms with minimal user intervention. Medical Image 113 Analysis, 37, 114–128. classification of mammographic regions. https://doi.org/10.1016/j.media.2017.01. Neurocomputing, 77(1), 82–100. 009 https://doi.org/10.1016/j.neucom.2011.0 Ferlay, J., Soerjomataram, I., Dikshit, R., Eser, 8.015 S., Mathers, C., Rebelo, M., … Bray, F. Sawyer Lee, R., Gimenez, F., Hoogi, A., & (2015). Cancer incidence and mortality Rubin, D. (2016). Curated Breast worldwide: Sources, methods and major Imaging Subset of DDSM. The Cancer patterns in GLOBOCAN 2012. Imaging Archive. Retrieved from International Journal of Cancer, 136(5), http://dx.doi.org/10.7937/K9/TCIA.2016. E359–E386. 7O02S9CY https://doi.org/10.1002/ijc.29210 The American Cancer Society medical and González-Robledo, M. C., Wong, R., Ornelas, editorial content team. (2016). American H. A., & Knaul, F. M. (2015). Costs of Cancer Society Recommendations for breast cancer care in Mexico: Analysis of the Early Detection of Breast Cancer. two insurance coverage scenarios. Tingberg, A., Workshop, I., & Hutchison, D. Ecancermedicalscience, 9, 1–11. (2016). Breast Imaging. 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La metodología que se muestra está basada en el proceso que sigue el algoritmo para procesar el modelo matemático. Los resultados que se muestran son obtenidos al probar los algoritmos de los cuatro métodos bajo parámetros similares. Palabras clave: mezcla de gaussianas, sustracción de fondo. 1. Introducción 1.1. Diferencia entre cuadros La sustracción de fondo en videos es Este método, como su nombre lo una técnica ampliamente utilizada para la indica, se basa en la comparación de un detección y seguimiento de objetos en escenarios estáticos. Su uso puede variar umbral establecido por el usuario y la desde videos de vigilancia, aplicaciones diferencia entre imagen actual y la médicas de detección de objetivos, anterior. Los píxeles donde esta diferencia detección de poses, entre otros. es significativa, indica la localización de un objeto. La sustracción de fondo como concepto en el área de visión artificial, se entiende como las actividades requeridas para Como este umbral es definido por el llevar a cabo la diferenciación de los usuario, puede variar sus resultados ya objetos que pertenecen al fondo de una que se depende de la precisión y imagen respecto de los que no, y así aleatoriedad con la que se fije el umbral. poder identificar los nuevos elementos que aparecen en la escena. Bajo este El método de diferencia entre cuadros concepto se puede también definir como funciona bien en escenarios fondo, todos aquellos elementos de la completamente estáticos, debido a que la imagen que permanecen estáticos en el diferencia se da sólo entre dos imágenes. transcurso de un tiempo determinado. Y esto puede ocasionar que el método se Existen en la literatura distintos métodos vuelva sensible al ruido y a la luminosidad, de sustracción de fondo basados en ya que pueden ser confundidos con modelos estadísticos, como, por ejemplo. movimiento. La gran ventaja de este 115 método es su capacidad de adaptarse a Aunque pudiera considerarse una técnica “antigua”. Por su simplicidad y resultados los cambios en el fondo . confiables se sigue utilizando con algunas 1.2. Aproximación por filtro de la variaciones como la adecuación de redes mediana neuronales (Babaee et al. 2018) ó El método de aproximación por filtro de modelos híbridos de dos filtros (Chan et al. la mediana se define como la mediana de 2018). los pixeles de todos los frames. 1.3. Aproximación por una gaussiana (Matsuyama, 1999). De esta manera el El método aproximación por una píxel toma el valor de fondo para la gaussiana, descrito por Wren et al. (1997) mediana de los frames del video. describe que cada píxel es modelado con Cucchiara et al. (2003) justifica que el una función de densidad de tipo valor de la mediana proporciona un gaussiana. El modelo implica que los modelo de fondo que funciona bien con un parámetros (�, � 2) van a ser calculados muestreo de frames de 10. Y sugiere el basándose en muestras de píxeles cálculo de la mediana con los valores de anteriores. los últimos n-frames muestreados y el Este método modela el fondo de cada último valor del mediano total calculado; píxel, basado en el ajuste ideal de la de esta manera asegura ser un modelo de función de densidad de probabilidad fondo más estable y preciso. gaussiana. El método de aproximación por filtro de la mediana se actualiza como la mediana de los pixeles en instantes continuos. En el método de aproximación por una gaussiana la media para cada pixel se actualiza de la siguiente manera. Donde el factor de aprendizaje del sistema De otra manera, el píxel pertenece al (�) es el tiempo que debe pasar para que fondo. un objeto sea parte del fondo. Se considera una función de la temporalidad Una desventaja de este modelo es que el para convertirse en fondo, es arbitrario y filtro de la mediana no tiene una medida se define por el usuario y es necesario de desviación para adaptar el umbral de la conocer la velocidad de adquisición de la diferencia (Piccardi, 2004). cámara. 116 Este método es eficaz en ambientes cerrados y no lo es cuando existen reflejos esporádicos, sombras y luces direccionadas, ya que el método las puede ir aprendiendo dependiendo de la función de temporalidad de se emplee. Para poder determinar si el píxel pertenece al fondo se emplea la siguiente condición Si se quisiera tener un único modelo de fondo, es necesario un criterio que distinga entre las distribuciones de objeto Si el valor de la diferencia cumple la y fondo. De esta manera, se busca que las condición, el píxel será identificado como distribuciones se agrupen en base a su objeto y no como fondo. curtosis (�) y la desviación estándar 2 La aplicación de este método es muy (� ). Es decir, a una mayor curtosis y diversa, desde seguimiento de objetos en menor desviación, es mayor la movimiento (Zhao et al. 2018), su uso en probabilidad de pertenecer al fondo. Si la modelos tridimensionales (Maddalena et distribución cumple la siguiente condición, al. 2018). se entiende, que el pixel es parte del fondo. 1.4 Mezcla de gaussianas Este método es una extensión mejorada del modelo aproximación por Donde, � es una medida de la porción una gaussiana. Fue propuesto y utilizado mínima de los datos que debe ser por primera vez por Sttaufer & Grimson contabilizada por el fondo. (1999). Si se busca una distancia normalizada a Actualmente es el más usado para la media de cada pixel, se puede usar la sustracción de fondo. Algunos autores siguiente igualdad. utilizan este modelo con alguna de sus variantes para aplicaciones médicas Y se puede probar con distintos niveles de (Zhang et al. 2018), manejo de imágenes � , para realizar la comparativa en térmicas (Makantasis et al. 2018), entre términos de probabilidad. Y poder realizar muchas otras. una prueba de hipótesis. 117 considera parte del fondo, actualizándose así los valores de estos. 2.2. Aproximación por filtro de la 2. Metodología mediana Este trabajo presenta un resumen de la metodología empleada por los métodos estocásticos encontrados en la literatura y su aplicación en un video con fondo estático. 2.1. Diferencia entre cuadros Figura 2. Diagrama de la metodología de aproximación por filtro de la mediana. Fuente: elaboración propia (2018). La Figura 2 muestra la secuencia requerida para ejecutar el método aproximación por filtro de la mediana. I. Para inicializar este método se Figura 1. Diagrama de la metodología de diferencias entre cuadros. Fuente: elaboración propia (2018). toma una ventana de tamaño , que Como muestra la Figura 1, para este son los primeros cuadros. Y es lo método se siguen los siguientes pasos. que se considera como el primer fondo. I. Diferenciar lo que será objeto de lo II. Se calcula la diferencia entre el que será fondo, se inicializará la fondo anterior y el pixel actual. primera imagen como fondo. III. Si se cumple la siguiente condición II. Se determina el valor del umbral. de desigualdad, III. Se realiza la comparación de cada uno de los pixeles del ��(�) con el ��(� − 1). El píxel actual será considerado IV. Si cumple la condición. como movimiento IV. Si no se cumple la condición, el fondo se recalcula considerando el Se considera parte del objeto o pixel actual como parte del mismo. movimiento, de lo contrario el píxel se 118 2.3 Aproximación por una gaussiana adicionando la información del nuevo píxel. 2.4 Mezcla de gaussianas (mixture of gaussians) La Figura 4, muestra la secuencia generalizada del método de mezcla de gaussianas para realizar sustracción de fondo en un video donde existen objetos en movimiento. Figura 3. Diagrama de la metodología de aproximación por una gaussiana. Fuente: elaboración propia (2018). Como muestra la Figura 3, la secuencia del método de aproximación por una gaussiana es la siguiente. I. El usuario inicializa asignando los Figura 4. Diagrama de la metodología de mezcla de valores de la varianza inicial y del gaussianas. Fuente: elaboración propia (2018). valor del factor de aprendizaje. La secuencia se inicializa cuando: II. Se considera como fondo el primer cuadro de la secuencia. I. El usuario define los parámetros de III. A partir del cuadro, se estima la Varianza inicial, tamaño de la media y la varianza de cada pixel. ventana para el entrenamiento del IV. Se estima la distancia normalizada algoritmo, el grado de confianza a la media como una condición de para estimar la pertenencia a una pertenencia del pixel al movimiento gaussiana y la cantidad de o al fondo. gaussianas con las que se desea V. Si la condición se cumple, el píxel encontrar el fondo. se considera como movimiento; de II. Se realiza la primera estimación del lo contrario el píxel se considera fondo mediante un entrenamiento como parte del fondo y se del algoritmo del tamaño de la recalculan la media y la varianza ventana asignada por el usuario (�). 119 En esta etapa de entrenamiento se concluye sobre los resultados obtenidos estima la media (�), la varianza del comportamiento de cada uno de ellos. (��) y la distancia normalizada para el entrenamiento. Se obtiene un vector de Gaussianas por pixel; es decir una matriz de � × � × � elementos. III. Se realiza una operación de reducción de Gaussianas, dejando solo las que tienen mayor probabilidad de ocurrencia. Esta probabilidad está limitada al grado de confianza (�) establecido por el usuario. IV. De las imágenes siguientes al entrenamiento, se verifica la pertenencia de la información de cada pixel a alguna de las gaussianas estimadas para él en el entrenamiento. Si el pixel pertenece alguna de las Fuente: Elaboración propia (2018). gaussianas, se considera que la En los resultados obtenidos de los información de este es parte del métodos se evalúa la capacidad de cada fondo y se actualiza la información uno para detectar y separar el movimiento de los parámetros para ese pixel. del fondo de una misma secuencia de De lo contrario, se considera imágenes. Y se toma como referencia la movimiento. Figura 5. 3. Resultados La fase de experimentación se realizó con un video con una duración de 2.42 minutos de tamaño, con una velocidad de 30 fps. Para poder realizar una comparativa de la eficacia de los cuatro métodos anteriormente descritos, la fase experimental los prueba en condiciones similares como lo indica la Tabla 1 y se Figura 5. Imagen original (Final de la secuencia de video). Fuente: elaboración propia (2018). 120 121 4. Discusión ventana de entrenamiento del algoritmo y Los resultados muestran el resultan sencillos por el recurso comportamiento de los cuatro métodos computacional que requieren. descritos en este trabajo. Del método de Este trabajo deja abierta la posibilidad de diferencia de cuadros se puede decir que seguir experimentando con los obtienen resultados aceptables en la parámetros para estos métodos. Y detección de movimiento, no siendo así determinar y aplicar una manera más para la sustracción de fondo, debido a que objetiva para su evaluación y el fondo es básicamente la imagen comparación. anterior. Del método de aproximación por Referencias filtro de la mediana, se puede resumir que tiene un buen desempeño en la Babaee, M., Dinh, D. T., & Rigoll, G. (2018). A sustracción de fondo, aunque para la deep convolutional neural network for video sequence background subtraction. detección de movimiento suele presentar Pattern Recognition, 76, 635-649. el movimiento acumulado en la ventana de entrenamiento y no solo en el último Chan, B., Lim, K. H., Gopal, L., Gopalai, A. A., cuadro. El método de aproximación por Chia, W. C., & Chew, W. J. (2018, October). Marker-less Stereo-Vision una gaussiana converge en resultados Human Motion Tracking Using Hybrid más estables, aunque menos exactos que Filter in Unconstrained Environment. In los dos métodos anteriores. Y por último TENCON 2018-2018 IEEE Region 10 el método de mezcla de gaussianas tiene Conference (pp. 1818-1823). IEEE. realiza una sustracción de fondo con Cucchiara, R., Grana, C., Piccardi, M., & Prati, resultados favorables. Sin embargo, la A. (2003). Detecting moving objects, detección del movimiento no es tan ghosts, and shadows in video streams. precisa ya que es un método muy sensible IEEE transactions on pattern analysis a la estimación paramétrica con la que el and machine intelligence. usuario decida trabajar. Maddalena, L., & Petrosino, A. (2018). Self- 5. Conclusiones organizing background subtraction using color and depth data. Multimedia Tools Se puede concluir que los métodos de and Applications, 1-22. sustracción de fondo que mejor realizan esta tarea, son aquellos en los cuales en Makantasis, K., Nikitakis, A., Doulamis, A. D., su metodología contemplan una ventana Doulamis, N. D., & Papaefstathiou, I. (2018). Data-driven background de tamaño � cuadros para realizar la subtraction algorithm for in-camera estimación del fondo. Sin embargo, este acceleration in thermal imagery. IEEE hecho los vuelve métodos que requieren Transactions on Circuits and Systems for mayores recursos computacionales. Video Technology, 28(9), 2090-2104. Los métodos de detección de movimiento Matsuyama, T. (1999). Background con resultados aceptables en esta tarea, subtraction for non-stationar scenes. In son aquellos en los cuales no se tiene una Proc. ACCV (pp. 662-667). 122 Piccardi, M. (2004). Background subtraction imaging genetics." 2018 IEEE 15th techniques: a review. In Systems, man International Symposium on Biomedical and cybernetics, IEEE International Imaging (ISBI 2018). IEEE, 2018. conference on (Vol. 4, pp. 3099-3104). Zhao, S., Zhang, S., & Zhang, L. (2018). IEEE. Towards occlusion handling: object Stauffer, C., & Grimson, W.E.L. (1999). tracking with background estimation. Adaptive background mixture models for IEEE transactions on cybernetics, 48(7), real-time tracking. In cvpr (p. 2246). 2086-2100. IEEE. Wren, C.R., Azarbayejani, A., Darrell, T., & Pentland, A.P. (1997). Pfinder: Real-time tracking of the human body. IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence, (7), 780-785. Zhang, Aiying, et al. "High dimensional latent Gaussian copula model for mixed data in 123 Autenticación de documentos digitales a través de la firma electrónica para una gestión segura Rincón Trujillo Jessica jessssy_1993@hotmail.com Resumen El presente artículo plante, por un lado, dar a conocer una forma de autenticación de documentos digitales por medio de las firmas electrónicas. Esto permitirá el ahorro de tiempo, además de añadir una gestión un tanto más segura. Actualmente la certificación de documentos es un proceso muy tardado, dado que requieren la firma caligráfica de una, dos, o más personas, así como la previa impresión de los documentos a gestionar. Por lo anterior, se propone en este documento la realización de un proyecto, que facilite a las empresas e instituciones la certificación de documentos. Dicha certificación se llevará a cabo por medio de un sistema que realizará estas acciones tan vigentes en nuestra era digital. Para esto, se contempla seguir un proceso de desarrollo ágil como el mencionado en el presente escrito, que nos permita trabajar optimizando los tiempos y procesos. Palabras clave: autenticación de documentos digitales, firma electrónica, optimización operativa del tiempo, seguridad de documentos digitales. 1. Introducción base del sistema. En 1975 James Ellis, Los inicios de los certificados tal como Clifford Cocks y Malcolm Williamson lo conocemos existen a partir de la habían descubierto todos los aspectos creación de la firma manuscrita, utilizados fundamentales de la criptografía de clave como instrumentos (documentos, pública incluyendo las técnicas RSA y diploma, cédula, personería jurídica) que Diffie-Hellman con algoritmos computacionales. Mientras Whitfield Diffie afirma la veracidad de un hecho, el cual puede ser la obtención de un bien y Martin Hellman en el año de 1975 a fin material, un diploma académico, contrato de solucionar la distribución de claves de trabajo, etc. secretas de los sistemas tradicionales, mediante un canal inseguro, logran El origen de la firma y certificado digital redescubrir la Criptografía Asimétrica, el empezó con la creación de la criptografía cual fue el principio de las firmas digitales. de clave pública que fue introducido por “Este sistema utilizaba dos claves James Ellis el año de 1969 al tratar de diferentes: una para cifrar y otra para vislumbrar el concepto de criptografía descifrar. En 1978 aparece el algoritmo de asimétrica. En 1973 el matemático Clifford criptografía más utilizado y extendido en Cocks plantea la posibilidad de utilizar números primos y la factorización como 124 el mundo, conocido como RSA” (Palma firma electrónica para la prestación de Sales, 2005). servicios públicos. “En 2008, el estado de Para 1993 se introdujo el concepto de México contaba con alrededor de 20 certificados digitales con el fin de entregar procesos con firma digital” (Morales, Díaz, a máquinas y a usuarios medios de & Domínguez, junio, 2013). autenticación a través del Internet y otras 2. Estado del arte redes de comunicación. Actualmente existe un gran número de “Las firmas digitales fueron creadas en aplicaciones que permiten firmar 1997 con el objetivo de suministrar al digitalmente documentos de manera mercado productos eficientes en lo independiente, así como también referente a algoritmos criptográficos, aplicaciones Web. A continuación, se fuentes a partir del concepto de firmas presentan tesis y artículos que hablan holográficas” (Palma Sales, 2005). acerca de este tema y como lo han En el diario oficial de la federación, el 11 implementado. de enero del año 2012 se publicó el 2.1. La mejora de la fiabilidad de las decreto por el que se expide la ley de firmas digitales como prueba de Firma Electrónica Avanzada (FEA). En no repudio bajo un modelo de amenaza global dicho decreto “se menciona (indirectamente) que la firma electrónica La tesis doctoral de López Hernández estará basada en el uso de certificados Ardieta (2011) de la Universidad Carlos III digitales por lo que la criptografía de llave de Madrid describe el diseñó una pública y el uso de PKIs es requerida” taxonomía integral de ataques potenciales (Morales, Díaz, & Domínguez, junio, a la firma digital que permite su 2013). clasificación sistemática y rigurosa dadas Uno de los principales problemas que se las amenazas de seguridad que socavan perciben en la implementación de FEA en la fiabilidad de las firmas digitales tuvieron México es que actualmente los sistemas que ser formalizadas y categorizadas. de la Administración Pública Federal que Dicha propuesta robusta y confiable utilizan firma electrónica emplean permitirá mejorar la habilidad de las firmas componentes criptográficos digitales, reforzando así su propiedad de personalizados al 100% con la aplicación, no repudio. Basada en los mecanismos: por lo que no pueden ser reutilizados para otros servicios. Las aplicaciones de la ● El paradigma de la división del FEA han sido principalmente para el entorno de firma y las políticas extendidas de firma electrónica. gobierno, a nivel municipal, estatal y ● Diseñado de un nuevo protocolo de federal. intercambio justo donde se integra Fue el gobierno del estado de Guanajuato esta propuesta, demostrando su aplicabilidad en un escenario la primera administración pública de concreto. México en implementar el mecanismo de 125 Dado que dicha documentación (facturas, contratos, etc.) debe de proporcionar una seguridad legal, se optó por implementar la firma digital como un elemento fundamental para dar seguridad legal a dichos documentos. El esquema de firma de contratos incluye que se generen hasta tres copias por cada contrato: un contrato original sin firmas, un contrato con la firma del vendedor y otro Figura 1 Diagrama de modelo funcional. Fuente: con la firma de ambas partes; esto para (López Hernández ,2011). tener evidencia de cada etapa del proceso 2.2. Implementación de firma digital para futuros reclamos legales que puedan en una plataforma de comercio suscitarse (García Rojas, 2008). electrónico La tesis de licenciatura elaborada por Julio René Santizo Ochoa (2010) de la Universidad de Ingeniería en Ciencias y Sistemas de San Carlos de Guatemala describe la implementación de firma digital para la plataforma de comercio electrónico y construcción del sitio web por medio de la metodología de desarrollo incremental. Permitiéndoles evaluar constantemente los avances y correcciones gracias a dicha metodología (García Rojas, 2008). La plataforma de comercio electrónico Figura 2 Sitio web de e-certchile para eliminó las barreras idiomáticas e hizo del certificación. Fuente: (García Rojas, 2008). comercio entre países, exportaciones e 2.3. Desarrollo de una aplicación importaciones, una tarea menos para administración de firmas y complicada y tediosa. Desarrollando un certificados digitales sistema experto que ayuda a las El proyecto de grado elaborado por pequeñas y medianas empresas a realizar Marcelo Invert Palma Salas (2005) de la exportaciones e importaciones sin la escuela militar de ingeniería en la Paz necesidad de entender el idioma de la Bolivia describe la implementación de una empresa con la cual se negocia, ya que aplicación que garantiza la integridad y cada empresa verá los documentos en su autenticidad de los mensajes generados, propio lenguaje (García Rojas, 2008). protegiendo la información, equipos y 126 recursos humanos de la Superintendencia 2.4. Firma electrónica basada en de Telecomunicaciones (SITTEL). firma digital y marca de agua Evitando la pérdida y modificación de la digital información. El artículo desarrollado por (Zhu & Zhu, La aplicación de firmas y certificados 2012) propone un algoritmo de firma digitales acorde a la “Norma Boliviana ISO electrónica garantizando la autenticación, IEC 17799 para los procesos internos de la integridad y la no manipulación del intercambio de información en la SITTEL contrato, el cual utiliza una tecnología permitió tener un mayor nivel de combinada de firma digital, marca de agua confiabilidad y conservó la integridad de la digital y marca de tiempo quién se agrega información como también se verificó la a los datos de firma digital, mejorando la autenticidad del origen del mensaje” seguridad de la firma y la anti-ofensiva. (Palma Sales, 2005). Diseñan un algoritmo de inserción de Aplicando un modelo lineal secuencial marca de agua digital. Usando este para el desarrollo de firmas y certificados algoritmo, la información de la firma se digitales, salvaguardando así la integridad puede incrustar en la imagen de la firma y autenticidad de la Información. como una marca de agua, que permite mejorar la información de la firma oculta, cumpliendo muy bien los requisitos de la firma del contrato en las transacciones de comercio electrónico. Con el fin de completar el cifrado, firma y autenticación del contrato electrónico. Resolviendo el problema de la integridad, anti- falsificación, problemas de seguridad resistentes a las manipulaciones durante Figura 3 Interfaz del Sistema de Administración de Firmas y Certificados Digitales. Fuente: las transacciones de comercio (Palma Salas,2005). electrónico. Tabla 1. Comparativa. Proyecto Descripción Aplicación de firmas y Desarrollo de una certificados digitales Aplicación para acorde a la Norma Administración de Boliviana ISO-IEC 17799 Firmas y para los procesos Certificados internos de intercambio Figura 4 Modelo de Certificados Digitales X.509. Digitales de información en la Fuente: (Palma Salas,2005). Superintendencia de Telecomunicaciones (SITTEL). 127 aplicabilidad en un La plataforma de escenario concreto. comercio eliminó las Fuente: Elaboración propia (2017). barreras idiomáticas. Desarrollando un sistema Tabla 2. Comparativa de características. experto que ayuda a las pequeñas y medianas Proyecto Características empresas a realizar Implementación exportaciones e ● Permite tener un de firma digital en importaciones sin la una Plataforma necesidad de entender el mayor nivel de de comercio idioma de la empresa con confiabilidad. electrónico la cual se negocia. ● Conserva la Desarrollo de integridad de una Aplicación información. Implementando firma para digital como un elemento Administración ● Verifica la fundamental para dar de Firmas y autenticidad del seguridad legal a dichos Certificados origen del documentos (facturas, Digitales mensaje. contratos, etc.). ● Permite salvaguardar la integridad y autenticidad de la El Centro de Tecnologías Información. de la Información de la Universidad de las Illes Balears, España ● La plataforma de Experiencia (CTI@UIB) trabajo en la comercio digital Piloto de Firma implementación de la hizo del comercio Digital de Actas Infraestructura de Clave Académicas Pública (PKI), diseñando entre países, un sistema que permite la exportaciones e autentificación de actas importaciones, académicas por medio una tarea menos de la firma digital. complicada y tediosa. ● Proporciona una Implementació seguridad legal. Se diseñó una taxonomía n de firma ● Genera tres integral de ataques digital en una copias por potenciales a la firma Plataforma de contrato: un digital. Presentando una comercio contrato original propuesta robusta y La mejora de la electrónico sin firmas, un confiable, basada en: fiabilidad de las contrato con la firmas digitales Un paradigma de firma del vendedor como prueba de división del entorno de y otro con la firma no repudio bajo firma y las políticas de ambas partes un modelo de extendidas de firma ● Se obtiene una amenaza global electrónica. evidencia de cada etapa del proceso Un diseño de un nuevo para futuros protocolo de intercambio reclamos legales justo donde se integra que puedan esta propuesta, suscitarse. demostrando su 128 3. Marco teórico ● Generar conocimiento 3.1. Firma electrónica práctico a través del estudio de la De acuerdo con Miguel Morales, A. tecnología actual Díaz y L. Domínguez (2013) “Una firma en el mundo de electrónica se puede usar para autenticar las la identidad de quien envía un mensaje o Infraestructuras de Clave Pública. quien firma un documento electrónico, así ● Se construyó una como asegurar que el contenido original Experiencia plataforma del mensaje o del documento electrónico Piloto de Firma tecnológica, Digital de Actas permitiendo que ha sido enviado no ha sido Académicas futuros servicios modificado”. basados en certificación y 3.1.1. Firma electrónica simple firma digital. El término firma electrónica (o firma ● Permitió a los profesores enviar, electrónica simple) implica el uso de de forma segura, cualquier medio electrónico para firmar un las actas firmadas documento. De acuerdo con Miguel digitalmente al Morales, A. Díaz y L. Domínguez (2013) personal de Secretaría “Es este sentido, el simple escaneo de Académica. una firma autógrafa y su inserción como imagen en un documento digital puede ● Proporciona un considerarse como firma electrónica”. nivel aceptable de confianza para De acuerdo con García Rojas, W. (2008) producir “La firma electrónica hace referencia, a la evidencias de no repudio fiables transmisión de mensajes telemáticos y en La mejora de la basadas en firmas la gestión de documentos electrónicos, a fiabilidad de las digitales. un método criptográfico que asocia la firmas digitales ● Permite la como prueba identidad de una persona o de un equipo clasificacion de no repudio sistemática y informático al mensaje o documento”. En bajo un modelo de amenaza rigurosa de las función del tipo de firma, puede, además, global firmas digitales. asegurar la integridad del documento o ● Mejora la mensaje. habilidad de las firmas digitales, reforzando su propiedad de no 3.1.2. Firma electrónica simple repudio. avanzada - firma digital De acuerdo con Miguel Morales, A. Fuente: elaboración propia (2017). Díaz y L. Domínguez (2013) “La firma digital o firma electrónica avanzada (FEA) 129 establece que se entiende como tal, aquella firma, que, a través de un certificado digital emitido por una entidad de certificación acreditada, incorpore una serie de datos electrónicos que identifican y autentifican al firmante a través de la asignación de una llave pública y otra privada en base a los parámetros de la Figura 5. Ventajas de la firma electrónica criptografía asimétrica (o también avanzada (firma digital) frente a la firma autógrafa. Fuente: (Díaz, Domínguez, 2013) conocida como de llave pública)”. Mediante este proceso, se garantiza que En términos prácticos y desde el punto en el caso de sufrir variaciones en la firma de vista legal, una firma digital provee una y/o gestión de documentación electrónica, solución viable para contar con la responsabilidad es del usuario, ya que, documentos electrónicos con validez al tener esta firma bajo su control jurídica. exclusivo, el usuario es por tanto el Con ello, es posible eliminar la necesidad responsable último de todos los procesos de contar con documentos impresos asociados a la misma. firmados. Además de los ahorros en De acuerdo con García Rojas, W. (2008) consumo de papel, la firma digital permite “La firma electrónica digital de un automatizar los procesos de manipulación documento es el resultado de aplicar de los documentos, tales como su cierto algoritmo matemático, denominado distribución y almacenamiento. La función hash, a su contenido y, implementación de la firma digital está seguidamente, aplicar el algoritmo de regulada de acuerdo con las leyes de firma (en el que se emplea una clave cada país. privada) al resultado de la operación anterior”. 3.2. Metodología ágil scrum 3.1.2.1. Función de la firma electrónica avanzada Scrum es una metodología ágil de gestión de proyectos cuyo objetivo De acuerdo con Miguel Morales, A. primordial es elevar al máximo la Díaz y L. Domínguez (2013) “Las firmas productividad de un equipo. De acuerdo digitales son fácilmente transportables y con Palacio, J. (2014) “Reduce al máximo no pueden imitarse. La firma digital puede la burocracia y actividades no orientadas aplicarse a cualquier tipo de información a producir software que funcione y electrónica, ya sea que se encuentre produce resultados en periodos muy cifrada o en texto claro”. En la Figura 6 se breves de tiempo”. muestra una comparación entre la firma digital y la firma autógrafa. Se comienza con la visión general de lo que se desea obtener, y a partir de ella se especifica y da detalle a las partes de 130 mayor prioridad, y que se desean tener externa que están organizados mediante cuanto antes. una estructura de datos”. Cada base de De acuerdo con Palacio, J. (2014) “Cada datos ha sido diseñada para satisfacer los ciclo de desarrollo o iteración (sprint) requisitos de información de una empresa finaliza con la entrega de una parte u otro tipo de organización. operativa del producto (incremento). La De acuerdo con Marqués, M. (2011) “Una duración de cada sprint puede ser desde base de datos se puede percibir como un una, hasta seis semanas, aunque se gran almacén de datos que se define y se recomienda que no excedan de un mes. crea una sola vez, y que se utiliza al En scrum, el equipo monitoriza la mismo tiempo por distintos usuarios. En evolución de cada sprint en reuniones una base de datos todos los datos se breves diarias donde se revisa en integran con una mínima cantidad de conjunto el trabajo realizado por cada duplicidad”. De este modo, la base de miembro el día anterior, y el previsto para datos no pertenece a un solo el día en curso. Esta reunión diaria es de departamento, sino que se comparte por tiempo prefijado de 5 a 15 minutos toda la organización. Además, la base de máximo, se realiza de pie junto a un datos no sólo contiene los datos de la tablero o pizarra con información de las organización, también almacena una tareas del sprint, y el trabajo pendiente en descripción de dichos datos. cada una”. Esta reunión se denomina “reunión de pie” o “scrum diario” y si se 3.4. Sistema de gestión de bases de emplea la terminología inglesa: “sta nd-up datos meeting”, también: “daily scrum” o De acuerdo con Paul, Harvey, & Abbey “morning rollcall”. (2016) “El sistema de gestión de la base de datos (SGBD) es una aplicación que permite a los usuarios definir, crear y mantener la base de datos, además de proporcionar un acceso controlado a la misma. Se denomina sistema de bases de datos al conjunto formado por la base de datos, el SGBD y los programas de aplicación que dan servicio a la empresa u organización”. Figura 6. Marco Scrum técnico. Fuente:(Palacio, La abstracción de datos es el modelo 2014) seguido con los sistemas de bases, se da 3.3. Base de datos (MYSQL) una implementación interna de un objeto De acuerdo con Paul, Harvey, & Abbey y una especificación externa separada, (2016) “Una base de datos es un conjunto permite cambiar la implementación de datos almacenados en memoria interna de un objeto sin afectar a sus 131 usuarios ya que la especificación externa no se ve alterada. 4. Metodología Se aplicó el método ágil scrum para el desarrollo de un sistema de certificación de documentos digitales firmados electrónicamente y un sistema web que permita verificar la autenticidad de los documentos generados (constancias y/o Figura 7. Propuesta del sistema para la diplomas). Permitiendo gestionar de generación de documentos digitales certificados manera ágil el proceso de validación y con firma electrónicas. Fuente: Elaboración autentificación de documentos propia (2016) electrónicos, y almacenar los datos necesarios en una notaría digital. El principal motivo que llevó a la elección de la metodología scrum es que es uno de los métodos de gestión de proyectos más innovadores de los denominados ágiles, destacándose por una gran Figura 8. Propuesta del sistema para la descentralización como medio para verificación de documentos digitales certificados alcanzar la mayor productividad posible. con firma electrónica. Fuente: Elaboración propia Está basado en un proceso constructivo (2016) iterativo e incremental donde las 5. Resultados iteraciones tienen duración fija pero corta El sistema permitirá a los usuarios y el resultado final de cada una de ellas es certificar documentos, para ello deberá un producto funcional que contiene un existir un documento que se desee subconjunto de los requerimientos del certificar, y se generará una serie de proyecto. dígitos, que será una encriptación de Se implementará utilizando un proceso de datos captados de la información del elaboración para páginas web que usuario encargado de la certificación de consiste en planificación, análisis, diseño, documento, dicha encriptación se construcción y prueba, e implementación, transformara en un código hash que será cumpliendo con los principios y valores de almacenado en una base de datos y será las metodologías ágiles aplicando la firma electrónica que autentificará dicho herramientas de ingeniería del software. documento. 132 Gracias a que dicha encriptación fue 7. Conclusiones almacenada en una base de datos se La firma electrónica facilita la podrá verificar por medio de una consulta, certificación de documentos gracias a que autentificando así la validez de la es un proceso que se implementa a través documentación certificada. de un sistema, aplicación o sitio web que En pocas palabras el sistema permitirá a es generada de forma automática, y su los usuarios certificar documentos por validación es de forma segura gracias a medio de una serie de dígitos que son almacenados en una base de alfanuméricos únicos en cada documento datos. y podrá visualizar en dicho sistema si el El sitio web que se habla en el artículo documento es legítimo ingresando la serie permitirá a las empresas e instituciones la de dígitos alfanuméricos de dichos administración de documentos digitales y documentos. su certificación con un sello digital. 6. Discusión Facilitando así la certificación y validación La firma caligráfica es un proceso que de los documentos. permite certificar documentos de forma Se espera, por ende, que la comunidad manual, sin embargo, es muy tardado y empresarial y diversas instituciones de cansado para la persona responsable. diferente giro, o área de actividad, puedan La firma electrónica es un conjunto de añadir seguridad a la gran diversidad de datos electrónicos que acompañan o que documentos digitales que generan como están asociados a un documento parte de las operaciones naturales de las electrónico y cuya función básica es mismas. Además de esto, se plantea que identificar de manera única y segura al se haga de la forma más eficiente, es firmante, asegurando la integridad del decir, con la máxima seguridad y al menor documento firmado. tiempo posible. Esto como una estrategia operativa de optimización. La firma electrónica avanzada permite certificar documentos digitales y eliminar Lo que se ha suscitado en los últimos papeles en los trámites. Al certificar meses, concerniente a la seguridad de documentos electrónicos se evita el plagio datos digitales, hacen este trabajo una de la información y se garantiza que el relevancia prioritaria en la era que nos ha documento no ha sido modificado, por eso tocado vivir. existe la necesidad de implementar un Referencias sistema de administración de documentos García Rojas, W. (2008). Implementación de digitales firmados electrónicamente, que firma digital en una plataforma de permitirán agilizar y mejorar la gestión de comercio electrónico. Pontificia, procesos y documentos, como también Universidad Católica del Perú. consultarlos y autenticarlos. López Hernández, -A. J. (2011). Enhancing the reliability of digital signatures as non-repudiation evidence under a 133 holistic threat model (Doctoral). Palma Sales, M. (2005). Desarrollo de una University Carlos III of Madrid. aplicación para administración De firmas y certificados digitales, Caso: Marqués, M. (2011). Bases de datos (1st ed., superintendencia de pp. 1-5 y 41-49). Castelló de la Plana: telecomunicaciones (Grado). Escuela Universitat Jaume. Retrieved from militar de ingeniería (La paz – Bolivia). http://www.sapientia.uji.es . Paul, D., Harvey, D., & Abbey, D. (2016). Martínez-Vara De Rey, J. F., & Erra Cifre, B. Internet & World Wide Web, como (Abril, 2005). Experimento Piloto de programar. Mexico: Pearson (5th Firma Digital de Actas Académicas. edición, pp. 511-515, 605-611 y 617- IEEE Latin American Transactions. 634). Morales, M., Díaz, A., & Domínguez, L. (junio, Zhu, L., & Zhu, L. (2012). Electronic signature 2013). Firma electrónica: concepto y based on digital signature and digital requerimientos para su puesta en watermarking. ieee. práctica. IEEE. Palacio, J. (2014). Gestiónde proyectos Scrum Manager. 2nd ed. Scrum manager, pp.23-37. 134 Oferta actual de plataformas para Cloud Computing y sus características Muñoz Mandujano Martin mumm960623@gmail.com Resumen El presente trabajo muestra un comparativo entre las 3 principales plataformas de cloud computing que son Amazon Web Service, Microsoft Azure y Google Cloud Platform para definir cuál de las 3 opciones es la más conveniente para iniciarse en el mundo del Cloud Computing. Palabras clave: Cloud Computing, PaaS, Servidores. 1. Introducción accede, a través de Internet, mediante un En la actualidad el cloud computing es navegador web, bajo la demanda del una rama de la informática que ha propio usuario (Alberto Ureña, Annie cobrado gran importancia y su crecimiento Ferrari, David Blanco, 2012). ha sido de forma exponencial. Cloud o la PaaS o “Plataforma como Servicio” nube es un término generalmente consiste en brindar un entorno de asociado al internet, por lo que al unirlo herramientas que permitan el desarrollo, con el término computing o cómputo testeo, despliegue, hosting y obtenemos que el cloud computing o mantenimiento para sistemas operativos y cómputo en la nube es una tecnología que aplicaciones (Alberto Ureña, Annie permite el acceso remoto a Ferrari, David Blanco, 2012). almacenamiento de archivos, Finalmente, IaaS o “Infraestructura como procesamiento de cualquier tipo o Servicio” consiste proporcionar a los software (Rittinghouse, Ransome, & clientes acceso a infraestructura como Ransome, 2009). espacio de disco, capacidad de cómputo El cloud computing se divide en 3 o redes, sin necesidad de adquirirla de servicios principales SaaS (Service as a manera física (Alberto Ureña, Annie Service), PaaS (Platform as a Service) e Ferrari, David Blanco, 2012). IaaS (Infrastructure as a Service). Existe una gran variedad de entidades El SaaS o en español “Software como un que proporcionan cloud computing en Servicio” es definido como un modelo de cualquiera de los 3 servicios antes distribución de software, pero también es mencionados. Amazon Web Service considerado como un servicio al que se (AWS), Google cloud Platform (GCP) y 135 Microsoft Azure se perfilan como los cloud gracias a su equipo de desarrollo principales proveedores en el mercado del (Microsoft, 2018c). cloud computing. 2.1.3. Google Cloud Platform. El principal enfoque del presente trabajo Google comenzó en 2011 a adentrarse es comparar a los 3 proveedores antes en el mundo del cloud computing, su mencionados como proveedores de principal ventaja sobre los demás plataforma como servicio (PaaS), competidores es la infraestructura que comparando sus productos, posee y la gran experiencia que posee, características y sus costos. por no mencionar a sus 2 competidores de 2. Metodología. quienes se puede inspirar en gran medida. 2.1. Descripción breve de los 2.2. Productos y Costos. proveedores. 2.2.1 Amazon Web Service (AWS, 2.1.1 Amazon Web Service. 2018b). Amazon comenzó en 2006 a Amazon Web Services (AWS) ofrece incursionar en el mundo del cloud un amplio conjunto de productos globales computing como una de las primeras basados en la nube, incluidas empresas en hacerlo, permitiendo que aplicaciones de informática, actualmente sean una de las empresas almacenamiento, bases de datos, líderes en este sector (Amazon Web análisis, redes, móviles, herramientas Service, 2018). para desarrolladores, herramientas de Hoy en día, Amazon Web Services administración, IoT, seguridad y proporciona una plataforma de empresariales. infraestructura escalable, de confianza y Una de los productos que ofrece es de bajo costo en la nube que impulsa Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon cientos de miles de negocios de 190 EC2) es un servicio web que proporciona países de todo el mundo. Con centros de capacidad informática en la nube segura y datos en Estados Unidos, Europa, Brasil, de tamaño modificable. Está diseñado Singapur, Japón y Australia (Amazon Web para simplificar el uso de la informática en Service, 2018). la nube a escala web para los 2.1.2. Microsoft Azure. desarrolladores. Microsoft tardó en lanzar su plataforma En cuanto al pago, el sistema de pago es de Cloud, liberándola de manera pública exclusivamente por uso de los servicios en 2010, enfrentando a un mercado en el individuales en el tiempo que se cual Amazon era el referente principal. necesitan, por lo que no existen cuotas de Tuvieron en un principio un crecimiento cancelación o la necesidad de contratos a lento, pero poco a poco se ha perfilado largo plazo. como una de las mejores opciones para Para facilitar la planeación de presupuestos, AWS posee una 136 calculadora que permite generar un 2.3.1. Capa Gratuita (AWS, 2018c). estimado del consumo mensual del La capa gratuita de AWS se compone servicio (AWS, 2018a). por 2 partes, en primera instancia, posee 2.2.2 Microsoft Azure. una gama de servicios gratuitos durante Al igual que AWS, Azure posee una 12 meses y en segunda posee algunos gama variada de productos basados en la servicios que permanecen activos. nube. La principal limitante dentro de la capa El sistema de pago consiste en el cobro gratuita es que los servicios son gratis por uso de los servicios individuales en el dentro de ciertos rangos, si excede de tiempo que se necesitan, notificando por dicho rango, comenzará a facturar, a adelantado el precio del nuevo servicio pesar que te encuentres utilizando la contratado en caso de que se registre versión de prueba. dicha operación, así como la notificación 2.3.2. Microsoft Azure Trial Version previa en caso de cambios en la (Microsoft, 2018a). facturación por uso, además se pueden Azure proporciona siempre de manera generar alertas en caso que se llegue a gratuita 25 servicios, durante los primeros cierta cantidad de consumo (Microsoft, 12 meses también proporciona cierto 2018b). número de servicios y herramientas 2.2.3 Google Cloud Platform. gratuitas (con limitantes) y durante el De la misma forma que los proveedores primer mes proporciona un bono de 200 anteriores, Google maneja una gama dólares para gastar dentro de la similar de herramientas, con la diferencia plataforma, es importante destacar que del precio, en este caso GCP maneja una estos 200 dólares caducan al terminar el facturación basada en el cobro por minuto mes y son intransferibles. utilizado, además de tener la posibilidad 2.3.3. Nivel Gratuito Google Cloud de limitar el consumo para que no facture Platform (Google, 2018a). de más. GCP proporciona un nivel gratuito en el Además, GCP también posee una cual, de la misma forma que AWS y Azure calculadora similar que las demás posee una serie de servicios siempre compañías, permitiendo calcular y prever gratis (estos son dentro de ciertas el consumo mensual de alguno de sus limitantes) y además proporciona 300 servicios (Google, 2018b). dólares para gastar durante 12 meses. 2.3. Promociones. 2.4. Infraestructura. Para incentivar la compra y atraer Otro punto importante a evaluar es la nuevos usuarios, cada plataforma genera infraestructura que emplea cada y maneja sus propias promociones o compañía. paquetes de prueba. 137 Es importante hacer notar que las posee una enorme infraestructura, regiones son la zona en la cual existe la contando con 17 regiones, 52 zonas, más cobertura adecuada para que exista de 100 puntos de presencia en 35 países buena latencia (Microsoft, 2018d). (como lo muestra la Figura 3) y como lo Por un lado, en la Figura 1 tenemos la muestra la figura 4, posee una red mundial infraestructura de Amazon incluye 55 muy bien aprovisionada con cientos de zonas de disponibilidad distribuidas en 18 miles de kilómetros de cable de fibra regiones geográficas y en 1 región local óptica. en todo el mundo, con planes anunciados para crear 12 zonas más y 4 regiones. Figura 3. Regiones y zonas de Google Cloud Platform. Fuente: (Google, 2018c). Figura 1. Red mundial de regiones y ubicaciones de borde de Amazon Cloud Platform. Fuente: Amazon Web Service ( 2018b). Azure por su parte posee 54 regiones a lo largo de 140 países tal y como se puede apreciar en la Figura 2. Figura 4. Distribución de la Red de fibra óptica de Google Cloud Platform. Fuente: (Google, 2018c). 2.5. Herramienta básica de Cloud. Figura 2. Regiones de la plataforma de Microsoft Para simplificar el análisis, Azure. Fuente: (Microsoft, 2018d). compararemos los servicios de máquinas Una gran ventaja que posee GCP virtuales en la nube que ofrecen cada uno sobre sus competidores es, que debido a de los proveedores, esto con el fin de su enorme popularidad y expansión antes desarrollar un comparativo justo en de adentrarse en el mundo del Cloud, relación calidad precio. 138 servidor y las características de la 2.5.1. Amazon Web Service. aplicación a testear. Para AWS, su herramienta de máquina Con el objetivo de realizar la prueba sobre virtual en la nube es Amazon EC2, en la un entorno lo más parecido posible, se cual, al cotizar un servidor de 2 utilizaron los servidores mencionados en procesadores virtuales, 4 Gb de RAM y 50 la sección anterior, sobre un sistema Gb de almacenamiento nos arroja un operativo de Linux denominado “Centos estimado de 30.46 dólares mensuales. 7”, y hosteando mediante un servicio “Apache” una misma aplicación. 2.5.2. Microsoft Azure. Para la realización del Benchmark se En Microsoft Azure un servidor virtual empleó la herramienta denominada de similares características saldría en 91 Apache Benchmark, la cual forma parte de dólares mensuales, incluyendo 2 la paquetería Apache Tools. Esta procesadores virtuales, 4 Gb de RAM y 20 herramienta permite realizar el testeo a Gb de almacenamiento. páginas web, configurando “n” número de 2.5.3. Google Cloud Platform. solicitudes por sesión de testing, y “c” número de peticiones concurrentes, es Google Cloud Platform por otra parte a decir, cuantas peticiones ocurren al la hora de cotizar una máquina que posea mismo tiempo. Una vez realizado el 1 procesador virtual, 3.75 Gb de RAM y testeo, la información recopilada se añadiendo los 30 Gb Gratuitos mensuales almacena en un archivo con extensión que otorga Google, obtenemos un costo csv. estimado de 24 dólares. 3. Resultados 2.6. Benchmark. 3.1. Análisis de promociones. Un Benchmark es una prueba de rendimiento sobre algún sistema o Google Cloud Platform es quien posee componente. Con la finalidad de mostrar la mejor promoción, pues la combinación un comparativo en uso real, se realizó una del crédito y herramientas gratuitas de prueba de estrés a un servidor en cada manera ilimitada permiten experimentar a una de las plataformas. La prueba de la perfección con los servicios que este estrés consiste en realizar una serie de provee. peticiones de manera concurrente, con la 3.2. Análisis de infraestructura. intención de averiguar el tiempo de respuesta del servidor, obteniendo así, En cuanto a la infraestructura general, cual servidor <a href="/tags/Opera_(web_browser)/" rel="tag">opera</a> de forma más óptima. Azure posee de momento más regiones de cobertura, aunque es algo que puede Es importante resaltar que en una prueba cambiar en un futuro próximo. de estrés afectan variables como lo son la red que emplea, la ubicación geográfica En lo referente a la infraestructura de red, del servidor, las características del Google Cloud Platform es quien posee una mejor red, debido a la red que posee 139 el mismo Google, una característica difícil 4. Discusión de competir. Gracias a los datos recabados 3.3. Análisis de herramientas y costos. podemos inferir que, si se desea entrar Como podemos apreciar el orden de por primera vez al mundo del cloud, costos de menor a mayor es GCP seguido Google Cloud Platform es la mejor opción, por AWS y dejando a Azure en último si ya tenemos dominio del Cloud lugar. Es importante aclarar que podríamos aventurarnos por Amazon solamente es el gasto estimado, y el Web Service el cual maneja más precio podría variar ya en una herramientas que Google. implementación real. 5. Conclusiones 3.4. Benchmark. Actualmente el cloud computing es un Al realizar el Benchmark sobre las 3 campo cuyo aumento y mejora es plataformas se recopilaron los datos que exponencial, por lo que a pesar que se se muestran en la Figura 5. coloquen los datos más actuales, puede ser que en muy poco tiempo algún proveedor logre superar a sus competidores o en cuyo caso que llegue algún otro proveedor que supere a alguno de los 3 mencionados. Referencias Alberto Ureña, Annie Ferrari, David Blanco, E. V. (2012). Cloud Computing - Retos y Oportunidades. International Journal of Management & Information Systems. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bt Figura 5. Resultados de Benchmark sobre las p274 plataformas de AWS, GCP y Microsoft Azure. Amazon Web Service. (2018). Acerca de Fuente: Elaboración propia. AWS. Recuperado el 24 de octubre de 2018, a partir de En la gráfica podemos observar que la https://aws.amazon.com/es/about-aws/ plataforma de Amazon Web Services AWS. (2018a). Amazon Web Services Simple obtuvo el mejor desempeño al atender Monthly Calculator. Recuperado el 26 de octubre de 2018, a partir de 500 peticiones en bloques de 50 http://calculator.s3.amazonaws.com/ind peticiones simultáneas. Google Cloud ex.html Platform obtuvo el peor desempeño de los AWS. (2018b). AWS | Cloud Computing - 3 evaluados. Es importante destacar que Servicios de informática en la nube. el resultado podría verse afectado por Recuperado el 26 de octubre de 2018, a partir de factores externos. https://aws.amazon.com/es/?nc2=h_lg 140 AWS. (2018c). Capa gratuita de AWS | Cloud 27 de octubre de 2018, a partir de computing gratis |AWS. Recuperado el https://azure.microsoft.com/es- 27 de octubre de 2018, a partir de mx/offers/ms-azr-0044p/ https://aws.amazon.com/es/free/?awsf.F Microsoft. (2018b). Información general sobre ree Tier precios - Así funcionan los precios de Types=categories%2312monthsfree Azure | Microsoft Azure. Recuperado el Google. (2018a). Nivel gratuito de GCP: 26 de octubre de 2018, a partir de versiones de prueba gratuitas ampliadas https://azure.microsoft.com/es- y Always Free | Google Cloud. es/pricing/ Recuperado el 27 de octubre de 2018, a Microsoft. (2018c). Qué es Azure: Servicios partir de https://cloud.google.com/free/ en la nube de Microsoft | Microsoft Azure. Google. (2018b). Precios de GCP | Google Recuperado el 25 de octubre de 2018, a Cloud. Recuperado el 26 de octubre de partir de https://azure.microsoft.com/es- 2018, a partir de es/overview/what-is-azure/ https://cloud.google.com/pricing/ Microsoft. (2018d). Regiones de Azure | Google. (2018c). 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Dentro de estos retos se encuentran la falta de estandarización en la semántica del intercambio de datos, la falta de servicios de para descubrir nuevos nodos, la complejidad de la integración de nuevas tecnologías en sistemas existentes y la falta de integración para procesamiento periférico. En el presente documento se propone una arquitectura que permite la interoperabilidad entre dispositivos LoRaWAN y Sistemas Ciber Físicos, característicos del Internet de las Cosas Industriales, mediante una arquitectura basada en un middleware orientado a mensajes a través de OPC-UA. La solución propuesta parte del análisis de ambas tecnologías, tanto de LoRaWAN con el proyecto Loraserver.io y de la tecnología OPC-UA con el proyecto OPC-UA NET Standard, con la finalidad de encontrar los puntos de conexión que permitan aplicar conceptos de ingeniería de software en la generación de una arquitectura funcional e interoperable que permita el acceso de tecnologías de Internet de las Cosas en el sector Industrial. Palabras clave: LoRaWAN, IoT, Industria 4.0, OPC-UA, Gateway. 1. Introducción ritmo de crecimiento que aumenta cada año (Johnson, 2016). En los últimos años se ha observado un incremento considerable en la cantidad de Con la ayuda del IoT es posible la dispositivos conectados a la red, en gran construcción de ciudades inteligentes, medida propiciado por el Internet de las monitoreo y alertas en caso de: altos Cosas también conocido como IoT por sus niveles de contaminación, siglas en inglés (Internet of Things). La congestionamiento de tráfico, falta de constante innovación en este campo ha iluminación pública, espacios disponible permitido el desarrollo de nuevas de estacionamientos, estado del sistema tecnologías las cuales han ayudado a de agua y alcantarillado, prevención de crear soluciones en diversos sectores, desastres naturales, verificación de la incluso creando nuevos. Este crecimiento seguridad estructural de puentes y se traduce en millones de dispositivos edificios viejos; incluso de la conectado alrededor del mundo, con un transformación de la manufactura para hacerla más inteligente y adaptable a los 142 cambios en el mercado. Esta tendencia se de comunicación y no todos permiten una ha denominado como Industria 4.0 o conectividad transparente y segura a Internet de las Cosas Industrial o IIOT por internet. Por tal razón, para conectarse a sus siglas en inglés (Boman, Taylor, & internet estos dispositivos requieren de Ngu, 2014). gateway. Los middlewares IoT son plataformas Una forma de comunicar dispositivos tecnológicas que permiten la heterogéneos de forma segura y interoperabilidad de sistemas estandarizada es OPC-UA, tal como lo heterogéneos mediante la abstracción del menciona Imtiaz y otros colegas: OPC intercambio de datos desacoplando la funciona de forma abstracta a la aplicación de la implementación. Existe tecnología de redes y a las aplicaciones un tipo de middleware especialmente de software, ofreciendo una interfaz diseñado para concentrar y conectar genérica de comunicación (Imtiaz & dispositivos de campo con aplicaciones de Jasperneite, 2013). OPC es parte mayor nivel, éstos son conocidos como importante en la generación de soluciones gateway, especialmente aplicado a que integran diferentes tecnologías en dispositivos embebidos con restricciones aplicaciones, sobre todo, de de hardware. automatización industrial. Recientemente, Zachariah et al (2015) mencionan la Cupek y otros colegas han propuesto un necesidad del uso de gateway en gateway utilizando OPC-UA para conectar sistemas IoT y explican las razones por una red de dispositivos de campo (CAN, las cuales las tecnologías como laptops, Controller Area Network, por sus siglas en 1 teléfonos inteligentes y tabletas han tenido inglés) con Sistemas Ciber Físicos (CPS, tanto éxito: la principal razón, la habilidad Ciber Phisicall Systems, por sus siglas en y capacidad de movilidad y conectividad inglés) logrando realizar una utilizando tecnologías bien conocidas y comunicación entre ambos dominios de extendidas como Wifi, Bluetooth y redes forma exitosa (Cupek & Ziebinski, 2017). celulares. Estas tecnologías están En febrero del 2018 la Fundación OPC publicó la extensión Pub-Sub basadas en estándares establecidos y su popularidad permite acceder a ellas desde (Publicación-Subscripción), el cual es el cualquier lugar y en cualquier momento. mecanismo que permite la operación de Sin embargo, con los dispositivos IoT, OPC-UA en un modelo no cliente-servidor especialmente aquellos basados en sino mediante el paradigma middleware sistemas embebidos, o sistemas con orientado a mensajes que cuenta con recursos de hardware limitados, el elementos como configuración, panorama actual es diferente ya que conexiones y grupo de datos (utilizando existen una gran diversidad de protocolos protocolos como AMQP y MQTT) que 1 Un Sistema Ciber Físico consiste en una colección de interactuando con el mundo físico mediante sensores y dispositivos de cómputo comunicándose entre sí e actuadores en un lazo de retroalimentado (Alur, 2015). 143 permiten generar aplicaciones más proveer servicios de búsqueda semántica, complejas, escalables, y con restricciones tanto de dispositivos como de nuevos de tiempo (baja latencia). servicios, ya que éstos pueden aparecer El presente trabajo de investigación en cualquier momento, por lo que de no expone una propuesta de arquitectura poseer este servicio, dispositivos podrían middleware para sistemas IoT que permite dejar de funcionar. la interoperabilidad de sistemas El proyecto Gática propuesto por Qanbari, heterogéneos mediante estandarización Behinaein, Rahimzadeh y Dustdar (2015) de modelos de información a través de es otro ejemplo de un middleware IoT OPC-UA. desarrollado para solucionar el problema Para fines de este trabajo se acotó a la de la falta de semántica en la transmisión de datos recolectados por sensores que tecnología LoRaWAN como exponente de la nueva gama de tecnologías IoT. pueden proveer datos útiles en temas LoRaWAN permite la comunicación de relacionados con la salud. Esta dispositivos en rangos considerablemente arquitectura corre dentro de un gateway altos, destinado para sistemas de bajo que permite la inserción de semántica consumo de energía, operados a batería, para poder ejecutar algoritmos de análisis velocidades de transmisión bajos y y extracción de datos. topología tipo estrella. Además, facilita su Pese a las diferentes propuestas que se uso sin la necesidad de cubrir una cuota han realizado para la creación de por utilizar el servicio (a diferencia de las sistemas middleware aún hay varios retos redes de comunicación celular itinerantes por resolver, a continuación, se menciona u otras tecnologías IoT). un breve resumen de éstos: 1.1 Antecedentes Falta de estandarización en los protocolos Ngu y su equipo (2016) hacen un de comunicación para la interoperabilidad recuento de los middleware que se han de dispositivos heterogéneos. La mayoría venido desarrollando para ambientes IoT, de las tecnologías desarrolladas están diseñadas específicamente para cumplir y enumeran diversos retos y problemas abiertos que aún necesitan resolverse: un con el medio con el cual funciona. middleware que permita la interacción con Falta de servicios para descubrir y re- datos en la nube así como Computación conectar nodos. Ya que existen algunas Periférica (también conocido como Edge arquitecturas que han sido propuestas Computing por su traducción en inglés) en pero la mayoría no cuenta con el servicio donde se pueda realizar ciertos niveles de para descubrir y re-conectar nuevos analítica de forma descentralizada, con el nodos. objetivo de mejorar la privacidad y la Falta o deficiencias de seguridad, latencia; también dar las herramientas a confiabilidad y privacidad de datos. los consumidores para crear aplicaciones Muchas de las arquitecturas y tecnologías IoT en el contexto que necesiten, y 144 no cuentan con seguridad, confiabilidad o arquitectura middleware tipo gateway que privacidad intrínseca. permita la integración de protocolos de Problemas con alta latencia. No Internet de las Cosas LoRaWAN con permitiendo la comunicación para aplicaciones establecidas para facilitar la sistemas que necesitan procesamiento en interoperabilidad entre tecnologías de tiempo real. forma estandarizada mediante OPC-UA. Problemas de escalabilidad. Algunas de las arquitecturas pierden eficiencia considerable al aumentar la cantidad de nodos conectados en la red. Dificultad para integrar en aplicaciones finales. Muchas arquitecturas y tecnologías son muy complicadas o necesitan técnicos altamente calificados para poder configurar y acceder a ellas. Figura 1. Metodología enfocada a la generación de artefactos (Hevner et. al., 2004). Falta de habilidad de cumplir el paradigma de computación periférica para procesar información localmente. No todas Teniendo como problemas específicos los soportan realizar algún tipo de analítica en siguientes: los concentradores o gateway desde donde fluye la información. Se desconoce el modelo arquitectónico que permita la interoperabilidad entre 2. Metodología LoRaWAN y OPC-UA. El presente trabajo está basado en la Se desconoce si las tecnologías metodología de investigación enfocada en LoRaWAN y OPC-UA pueden interoperar la generación de artefactos relevantes al de forma eficiente. entorno, que resuelvan una necesidad específica. Este método ha sido propuesto Se desconoce el hardware y el sistema por Hevner, Park, Sudha y March (2004). operativo necesario para correr El marco de referencia se puede observar adecuadamente la arquitectura gateway en la Figura 1. Esta metodología consiste propuesta. en la aplicación del método científico para 2.2 Hipótesis resolver un problema, la aplicación del Mediante un gateway es posible la rigor de la investigación y la creación de interoperabilidad entre dispositivos artefactos que agreguen valor al entorno y basados en la tecnología del Internet de sociedad. las Cosas tipo LoRaWAN y sistemas ciber 2.1 Planteamiento del problema físicos por medio del protocolo El problema planteado en esta estandarizado OPC-UA. investigación es: la falta de una 145 2.3 Objetivos generan o consumen información y no 2.3.1 Objetivo General: requieren, necesariamente, de la intervención del ser humano para su Proponer y evaluar una arquitectura de funcionamiento. Minerva, Biru y Rotondi software que permita interoperar definen IoT como: “Una red de Cosas dispositivos IoT LoRaWAN y sistemas (dispositivos, nodos) únicamente Ciber Físicos a través de un modelo de identificable conectadas a internet que información y bajo el paradigma tienen capacidad de sensar y actuar, y middleware orientado a mensajes de potencialmente de ser reprogramados. OPC-UA Pub Sub. Esto a través del uso de la identificación 2.3.2 Objetivos Particulares: única. La información obtenida puede ser recolectada, mientras que su estado Identificar las características del puede ser cambiado, en ambos casos, estándar OPC-UA Pub-Sub como desde cualquier lugar, a cualquier hora y middleware orientado a mensajes en un por cualquier medio” (Minerva, Biru, & ambiente de sistemas ciber físicos. Rotondi, 2015). Describir la tecnología LoRaWAN y sus De acuerdo al estudio realizado por componentes que permitan adaptar sus Ericson en su reporte de movilidad tramas de mensajes a un modelo con noviembre 2016 (Jonsson, 2016) se semántica agregada. estima que entre 2016 y 2022 los Diseñar la arquitectura de software que dispositivos IoT conectados en redes permita la creación de un middleware de inalámbricas de corto crezcan a un ritmo aplicación tipo Gateway que incorpore la de 20% anual pasando de 5.2 mil millones detección de señales LoRaWAN y permita de dispositivos conectados a 16 mil su uso con tecnología OPC-UA. millones. Por su parte los dispositivos de Diseñar los componentes de software que largo alcance se estiman lo hagan a un permitan el desarrollo del prototipo del ritmo de 30% crecimiento anual objetivo anterior. compuesto, pasando de 0.4 mil millones a 2.1 mil millones de dispositivos en el Realizar un prototipo que permita evaluar mismo periodo. la arquitectura propuesta. 2.5 LoRaWAN Evaluar la funcionalidad del sistema teniendo en cuenta los siguientes puntos: LoRaWAN es un protocolo LPWAN, a funcionamiento del sistema; latencia del nivel de control de acceso al medio, MAC, modelo Pub-Sub y latencia con el sistema del modelo OSI, desarrollado para de cómputo perimetral. aplicaciones de dispositivos operados a batería, de bajo consumo, bajo costo, alta 2.4 Internet de las Cosas escalabilidad, largo alcance y alta El término IoT se refiere al grupo de autonomía de batería que permite a dispositivos conectados a internet que dispositivos comunicarse con 146 aplicaciones conectadas a internet de comunicación, definidas en el estándar, se forma inalámbrica. reciba la descarga juntamente con la confirmación de recepción de datos LoRaWAN está basado en una topología estrella donde cada nodo debe (Acknowledge). Estos son dispositivos de comunicarse con un gateway que actúa bajo consumo de energía. como concentrador y re-direccionador de Clase B: El gateway envía un “bacon”, o datos hacia un servidor de red y/o cadena de sincronización, cada cierto aplicación (en la nube). La frecuencia de tiempo por lo que existe una certeza de transmisión está fijada en la banda libre de comunicación bidireccional constante. De uso científico industrial y médico ISM de esta forma, no se requiere realizar un 900MHz, para México. La modulación Uplink para poder obtener un Downlink. está basada en el protocolo LoRa Estos son dispositivos de consumo de (propiedad de Semtech), una forma de energía intermedio. modulación por frecuencia de Clase C: Principalmente para dispositivos propagación de espectro y de corrección sin restricciones de energía, en los cuales de errores que genera una oscilación el nodo y gateway pueden intercambiar estable y permitiendo la detección datos en cualquier momento. Estos son altamente sensible con bajos dispositivos de mayor consumo de requerimientos de energía y velocidades energía. de transmisión de entre 0.3kbps hasta 50 kbps. 2.6 OPC-UA La especificación LoRaWAN considera el OPC UA está basado en un modelo de uso de canales de transmisión, en la comunicación cliente-servidor con versión 1.0, se implementan 8 canales, servicios como búsqueda, por lo que cada Gateway puede recibir escritura/lectura, llamado de métodos. múltiples peticiones en diferentes canales Provee mecanismos de seguridad como concurrentemente. De igual manera, en autenticación, autorización, encriptación e esta versión del protocolo, se definen tres integridad de datos basados en los diferentes clases de dispositivos, estándares criptográficos como lo son los diferenciados primordialmente por su estándares PKI, AES y SHA. En el mes de capacidad de transmitir y recibir febrero del año 2018 la fundación OPC información periódicamente. publicó la extensión Pub-Sub (Publicación-Subscripción), el cual es el Clase A: Totalmente asíncrono, mecanismo que permite la operación de básicamente el nodo, al necesitarlo, envía OPC-UA en un modelo no cliente-servidor información haciendo una transmisión sino publicador-subscriptor orientado a desde el nodo hacia el servidor (Uplink). Y mensajes que cuenta con elementos si es necesario realizar una transmisión como configuración, conexiones y grupo desde el servidor hacia el nodo (Downlink) de datos (utilizando protocolos como entonces genera una petición para que, AMQP, MQTT) que permiten generar en las siguientes ventanas de 147 aplicaciones más complejas, escalables, y la información a capas más altas y con restricciones de tiempo (baja seguras. Realiza únicamente la latencia). interpretación a nivel de capa física del OPC Pub Sub está diseñado para suplir protocolo LoRa. las necesidades del paradigma de Driver. (Librería del fabricante) Permite la integración de alta escala, como el del obtención de información del Radio LoRa Internet de las Cosas, en donde una gran mediante la implementación de los cantidad de nodos o dispositivos pueden comandos específicos del hardware a conectarse de manera constante o través de SPI. intermitente. El modelo tradicional, Reenviador de Paquetes. Es un módulo cliente-servidor, necesita contar con una de software típico en los gateway físicos conexión establecida para poder realizar LoRaWAN y permiten el reenvío de los el intercambio de datos a petición del paquetes hacia los servidores de red para cliente o servidor. Por el contrario, el la interpretación del protocolo LoRaWAN. modelo publicación-suscripción se basa en dos actores: los publicadores quienes Puente LoRaWAN. Es un componente de generan datos y los suscriptores quienes software que se debe diseñar y permite la consumen la información interconectados adaptación y extensibilidad de metadatos por un Intermediario que se encarga de del protocolo para poder ser transformado vincularlos. al modelo de información de OPC-UA. 2.7 Arquitectura propuesta Servidor y Cliente OPC-UA Pub Sub es la implementación del marco de referencia El realizar el análisis de las tecnologías OPC-UA para el problema planteado. involucradas y teniendo en cuenta los objetivos planteados se propone la Intermediario MQTT. Es el middleware siguiente arquitectura que permite la orientado a mensajes que permite el interoperabilidad entre LoRaWAN y desacoplamiento y la interoperabilidad. Sistemas Ciber Físicos a través de OPC- Servidor de Red y Aplicación son UA. Se puede observar el diagrama de elementos de la distribución de la componentes de esta arquitectura en la tecnología LoRaWAN existente. Figura 2 en donde los principales elementos son: Nodo LoRaWAN. Son los sensores o actuadores que incorporan un radio transmisor-receptor LoRaWAN para publicar o consumir información. Radio LoRA. Es la radio que permite decodificar múltiples paquetes LoRa a modo de gateway físico. Su función únicamente es la de concentrar y reenviar Figura 2. Arquitectura gateway propuesta. 148 La arquitectura propuesta está basada El prototipo se diseñó utilizando Nodos en un middleware MOM que permite dotar LoRaWAN de la marca The Things de un patrón de intercambio de mensajes Network (TTN Nodes) que proporcionan tipo publicador-subscriptor. Por una parte, información de temperatura, iluminación y el Publicador compuesto por el gateway voltaje de operación. Estos dispositivos LoRaWAN, su intérprete y puente del también cuentan con un sensor de espacio de direcciones de un servidor aceleración y un botón que son utilizados OPC-UA que implementa la extensión como generadores de eventos para Pub/Sub para interactuar con el despertar al microcontrolador de un middleware MOM; en el caso del estado de ultra bajo consumo de energía Subscriptor la información publicada se y realizar una transmisión de datos. El consume mediante la extensión Pub/Sub microcontrolador está basado en un o cliente MQTT que permite utilizar la SparkFun Pro Micro 3.3 V a 8 MHz, el información tanto en cliente OPC-UA sensor de temperatura montado en la como devuelta al sistema LoRaWAN, placa es un Microchip MCP9804, el mismo que continua con el flujo de datos acelerómetro es un NXP MMA8452Q de hacia el modelo de negocio requerido tres ejes tipo capacitivo y 12 bits de (esto para soportar sistemas legados resolución, y el transceptor LoRa es un existentes). La información disponible en Microchip RN2903 modem LoRa para el el Servidor OPC-UA permite su uso en rango de frecuencia ISM 915MHz, stack modelos de negocios basados en Clientes integrado LoRaWAN, gestionado OPCA tanto CPS como Web. mediante comando AT sobre UART, potencia ajustable de hasta 18.5dBm y sensibilidad de hasta -146dBm, certificado FCC y ROHS. La antena viene integrada en la tableta PCB con 1/8 de largo onda. Contiene un conector USB 2.0 Micro-B para reprogramación o alimentación y espacio para tres baterías AAA. El Gateway LoRa está basado en un RAK Wireless RAK831 acoplado a un Figura 3. Dominios de la arquitectura propuesta Raspberry PI 3B mediante puerto SPI a través la tableta adaptadora RPI 3. Resultados Converter Board. El dispositivo RAK831 Se llevó a cabo un diseño de es capaz de la recepción simultánea de experimento que permitió el despliegue de hasta 8 paquetes LoRa gracias a la la arquitectura propuesta tomando en incorporación de un transceptor Semtech cuenta los elementos descritos a SX1301. La sensibilidad de recepción es continuación. de -142.5 dBm, la potencia máxima es de 23dBm, cuenta con conector SMA y 149 antena externa de ½ longitud de onda. los mensajes LoRaWAN mediante la RAK Wireless proporciona los ejecutables identificación, gestión, decodificación y y ejemplos de configuraciones para poder publicación hacia servidores de usuario; el realizar el montaje sobre una RPI 3, éstos Servidor de Aplicación es el cliente HTML son componentes de software adecuados que provee de una interfaz gráfica del y personalizados para funcionar con el Servidor LoRaWAN al usuario. El Servidor hardware proporcionado, aunque es LoRaWAN en conjunto ha sido fácilmente detectable que están basados desplegado en una Raspberry PI. en el código abierto proporcionado por El Servidor OPC-UA está basado en el The Thinks Network, por ejemplo el proyecto de código abierto disponible bajo paquete Packet_Forwarder es una el patrocinio de la Fundación OPC a derivación del proyecto del mismo nombre través de la licencia GPL 2.0. Existen realizado por The Things Network que a varias versiones del stack disponible tanto su vez está derivado del proyecto de LoRa en .Net Standard, Java y ANSI C. Se ha Network de la Alianza LoRa. Éste se elegido .NET Standard ya que es el configura para que los paquetes LoRa lenguaje de conveniencia adecuado al sean enviados a una dirección IPV4 y momento de escribir este trabajo, sin Puerto especificado mediante embargo, cualquiera de los tres disponible datagramas. se puede utilizar y el resultado sería el El Servidor LoRaWAN está basado en el mismo. Se utilizó la versión proyecto Loraserver.io de código abierto 1.04/prototyping-mqtt del stack en su bajo licencia MIT patrocinado por versión de desarrollo MQTT (Pub/Sub). El CableLabs, SIDNFonds y Acklio. Se trata Servidor OPC-UA en conjunto fue de una solución para redes LoRaWAN desplegado en un equipo Intel Core i5 de que permite a los desarrolladores contar 64 bit con 3.6GHz, 500GB en disco duro y con un sistema amigable y listo para usar, 14GB RAM. sin embargo, es necesario realizar una La Extensión OPC-UA Pub/Sub, utilizada serie de configuraciones para lograr el en este trabajo, hace uso de la librería correcto direccionamiento entre las M2MQTT cliente para .Net y WinRT para entidades involucradas. Tiene la peticiones MQTT disponible mediante posibilidad de usar una API mediante código abierto patrocinado por la gRPC y comandos REST. Está comunidad de Eclipse bajo licencia EPL compuesto por tres paquetes distintos: 1.0. LoRa Gateway Bridge (Puente Gateway LoRa), LoRa Server (Servidor LoRaWAN) El Intermediario MQTT o Broker Pub Sub y LoRa App Server (Servidor de está basado en Mosquitto que soporta la Aplicación). El Puente Gateway LoRa versión 3.1 y 3.1.1 del protocolo MQTT tiene la función de abstraer el reenvío de disponible mediante código abierto información desde el Gateway; el Servidor patrocinado por la comunidad de Eclipse LoRaWAN es el encargado de gestionar bajo licencia EPL 1.0 y EDL1.0. En el presente trabajo Mosquitto es ejecutado 150 en el mismo equipo de cómputo en el cual utilizaron OPC-UA para visualizar datos se ejecuta el Servidor OPC-UA. Sin de protocolo de campo CAN mediante la embargo, es posible ejecutarlo en sincronización de datos de ingeniería cualquier otro equipo dentro o fuera de la disponible fuera del proceso de red local ya que soporta mecanismo de comunicación en línea. autenticación y cifrado. En el caso del despliegue de la Se llevó a cabo una prueba de robustez arquitectura propuesta se pudo observar de la arquitectura sometiendo a pruebas que la parte central de la arquitectura de carga los módulos de software que la soporta una carga de datagramas de componen, el escenario de prueba entrada desde 10ms lo cual es un buen consistió en generar datagramas número para sistemas no críticos, sin simulando el paquete de dato de un Nodo. embargo, para sistemas críticos tanto el La prueba se planteó para inyectar el protocolo de comunicación como el datagrama diez mil veces con un retardo tiempo de respuesta deberán ser entre cada uno que fue variado desde 1ms mejorados. Por su parte la aplicación de hasta 1000ms. Los resultados muestran negocio fue la menos robusta siendo evidencia que los componentes de la fiable sólo para tiempos de respuesta de 1 arquitectura de software pueden soportar segundo en adelante por lo que su uso una carga de trabajo de hasta 10ms entre para sistemas críticos no es cada paquete recibidos. Sin embargo, el recomendado. Servidor LoRaWAN (Loraserver.io) sólo Tabla 1. Resultados de la prueba de carga fue capaz de ser confiable para una carga por módulos. de trabajo de 1000ms entre cada paquete, vea como referencia la Tabla 1. 4. Discusión Uno de los mayores retos se presenta en el acoplamiento de la arquitectura del protocolo LoRaWAN que funciona en base al reenvío de datos desde el concentrador hasta el servidor de red que Fuente: Elaboración propia. se encarga de interpretar la señal y 5. Conclusiones conectarla con los servidores de aplicación. Este esquema de Mediante la arquitectura propuesta se comunicación hace necesario buscar un busca unificar la semántica de LoRaWAN esquema que permita la sincronización de en un ambiente OPC-UA que permite la elementos del protocolo LoRaWAN en el integración de tecnología heterogéneas servidor de red con el servidor OPC-UA mediante modelos de comunicación alojado en el Gateway. Para realizar esta estandarizados, con servicios de acción se sigue como ejemplo el trabajo búsqueda de nodos, capas de seguridad y realizado Cupek y Ziebinski (2017) donde procesamiento perimetral disponible en el 151 Gateway mismo lo que lo hace ideal para Referencias un ambiente de tecnología de Sistemas Boman, J., Taylor, J., & Ngu, A. (2014). Ciber Físicos de la Industria 4.0 esto hace Flexible IoT Middleware for Integration viable aplicarlo en solucionar problemas of Things and Applications. Proceedings en varios modelos de negocios; por of the 10th IEEE International ejemplo en fábricas donde se requiere de Conference on Collaborative un monitoreo constante de niveles, Computing: Networking, Applications logística, movilidad y predicción de and Worksharing, (CollaborateCom), mantenimiento; los cuales se consideran 481–488. sistemas no críticos, de baja latencia o https://doi.org/10.4108/icst.collaboratec om.2014.257533 que no requieren de restricciones de tiempo en donde el uso de la tecnología Cupek, R., & Ziebinski, A. (2017). An OPC UA server as a gateway that shares CAN LPWAN es factible, o para sistemas de network data and engineering corto alcance (como Bluetooth o RFID), o knowledge. In Industrial Technology incluso para sistemas con restricciones de (ICIT), 2017 IEEE International tiempo (haciendo uso de tecnologías que Conference on (pp. 1424–1429). lo permitan) que mediante el uso del Toronto, ON, Canada: IEEE. gateway propuesto se podrían facilitar la https://doi.org/10.1109/ICIT.2017.7915 incorporación, integración y aplicación 574 dentro de los sistemas heredados Hevner, A. R., Park, J., Sudha, R., & March, actualmente en funcionamiento haciendo S. T. (2004). Design Science in la incorporación del paradigma IIoT information systems research. MIS (Industria 4.0) más asequible. Quarterly, 28(1), 75–105. Imtiaz, J., & Jasperneite, J. (2013). Scalability Se cumplieron los objetivos planteados al of OPC-UA down to the chip level inicio de la investigación y se corroboró la enables “internet of Things.” IEEE hipótesis planteada. Fue un reto International Conference on Industrial importante el poder analizar los diferentes Informatics (INDIN), 500–505. dominios tecnológicos y proponer una https://doi.org/10.1109/INDIN.2013.662 arquitectura que pudiera ser 2935 implementada en un prototipo funcional. Johnson, P. (2016). Ericsson Mobility Report. Agradecimientos IoT Section. Retrieved from https://www.ericsson.com/assets/local/ Agradezco al CONACYT por el apoyo mobility- brindado en la realización de esta report/documents/2016/ericsson- investigación. mobility-report-november-2016.pdf También agradezco a la UAQ por el apoyo Minerva, R., Biru, A., & Rotondi, D. (2015). brindado mediante el programa FOPER Towards a definition of the Internet of para la realización del prototipo. Things ( IoT ). IEEE#Internet#Initiative, 1–86. 152 Ngu, A., Gutierrez, M., Metsis, V., & Nepal, S. Sensed Data Enrichment and Analytics (2016). IoT middleware: a survey on Middleware for IoT Gateways. issue and enabling technologies. IEEE Proceedings - 2015 International Internet of Things Journal (in Print), 4(1), Conference on Future Internet of Things 1–20. and Cloud, FiCloud 2015 and 2015 https://doi.org/10.1109/JIOT.2016.2615 International Conference on Open and 180 Big Data, OBD 2015, 38–43. Palm, F., Grüner, S., Pfrommer, J., Graube, https://doi.org/10.1109/FiCloud.2015.37 M., & Urbas, L. (2015). Open source as Zachariah, T., Klugman, N., Campbell, B., enabler for OPC UA in industrial Adkins, J., Jackson, N., & Dutta, P. automation. IEEE International (2015). The Internet of Things Has a Conference on Emerging Technologies Gateway Problem. In Proceedings of the and Factory Automation, ETFA, 2015– 16th International Workshop on Mobile Octob. Computing Systems and Applications https://doi.org/10.1109/ETFA.2015.730 (HotMobile ’15) (pp. 27–32). 1562 https://doi.org/10.1145/2699343.26993 Qanbari, S., Behinaein, N., Rahimzadeh, R., & 44 Dustdar, S. (2015). Gatica: Linked 153 Estrategia de optimización y repartición de datos de un proceso paralelo distribuido en múltiples GPUs González Rodríguez Jaime Rodrigo1, Rodríguez García Octavio2, Canchola Magdaleno Sandra Luz3 jrodrigogr98@gmail.com1, erodriguez35@alumnos.uaq.mx2, sandra.canchola@uaq.mx 3 Resumen Este proyecto propone una solución para optimizar un proceso en paralelo y realizar las particiones necesarias para la repartición de datos en n tarjetas de video. Se planteó una fórmula que devuelve el tamaño a reasignar de la partición a trabajar, de modo que sea exacta y se eviten los hilos ociosos permitiendo así paralelizar procesos paralelizados. Esta fórmula tiene la posibilidad de implementarse en distintos proyectos en los cuales se necesite una repartición exacta de datos. Palabras clave: Kernel, CUDA, Hilos ociosos, Aritmética modular. 1. Introducción 2. Metodología Después de trabajar en el desarrollo de Entre los objetivos principales de la un proyecto de encriptación de audio programación paralela se encuentra la utilizando el algoritmo Hill Cipher mejora y optimización de procesos. A (Stallings, 2005) surgió la inquietud de través de este tipo de programación se lograr repartir los datos a encriptar en logra una reducción considerable en distintas tarjetas de video, para así tratar tiempos de ejecución, esto en de paralelizar un proceso paralelizado y comparación con los procesos lograr que este se trabaje en n tarjetas de secuenciales en los que se realiza una video al mismo tiempo. operación tras otra. Por ello, las cantidades de datos que se manejan en Para lograr esto se debe tener en los programas paralelizados son masivas, consideración los diferentes requisitos en ya que a través de este paradigma de los datos para poder aplicar el algoritmo; programación la gestión de los mismos se tales como la matriz llave y el tamaño del vuelve más eficiente. vector al cual se le aplicará. CUDA es una arquitectura de cómputo Para ello, en este proyecto se buscará desarrollada por NVIDIA que posibilita la proponer una solución que nos permita programación en paralelo. Un programa optimizar el proceso en paralelo y realizar en CUDA consta de una o varias etapas, las particiones necesarias para la las cuales se ejecutan en CPU (host) o en repartición de datos en n tarjetas de video, el device como un GPU (Graphics buscando obtener una encriptación y Processing Unit) (Kirk & Hwu, 2010), y el desencriptación satisfactorias. compilador NVIDIA C que separa las 154 tareas durante el proceso de compilación. Esto se puede conseguir a través de la Las funciones Kernel generan los hilos de aritmética modular. programación que, a su vez, originan el paralelismo de los datos. Es posible Se busca trabajar con encriptación de encontrar aplicaciones paralelas de audio, donde la cantidad de muestras es CUDA en cualquier campo con fuertes de 364,841,248 equivalente a 3 minutos demandas de cálculos; tales como el de audio. procesamiento de imágenes, la 2.1 Programación en paralelo con optimización, las aplicaciones numéricas, CUDA entre otras (Couturier, 2014). A través de la programación en La definición de “hilos” y “bloques” paralelo, es posible efectuar múltiples respecto a la ejecución del Kernel operaciones al mismo tiempo. Por lo representa un aspecto clave en la anterior, es posible obtener mejoras en programación en paralelo. No obstante, eficiencia y tiempos de ejecución con los es posible enfrentarse a situaciones en las programas construidos bajo este que, debido a la estrategia a seguir, la paradigma, en contraste con los procesos cantidad de datos que se trabajan o el secuenciales en los que se realiza una problema a atacar, estas cantidades no sola tarea a la vez. Véase la Figura 1. coincidan exactamente con el número de datos. Así, surge lo que se denomina hilos ociosos, que, en pocas palabras, son hilos sobrantes dentro de cada bloque CUDA, los cuales no realizan ninguna tarea en específico. En CUDA se toma la opción de manejar toda esta cantidad de datos por medio de vectores ya que su programación y Figura 1. Comparación entre un proceso manejo resulta más sencilla. secuencial y un proceso en paralelo. Elaboración propia (2018). La eficiencia de la ejecución del Kernel 2.2 Paralelización del algoritmo Hill CUDA puede verse comprometida debido Cipher a las cantidades masivas de datos que se El proyecto se centra en la manejan. optimización de la encriptación de audio y En este proyecto, es preciso abordar la paralelización del proceso paralelizado. dicho problema con distintas estrategias. Una de ellas es plantear una fórmula que La encriptación se refiere a la protección devuelva el tamaño a reasignar de la de los datos mediante un cifrado, el cual partición a trabajar, de modo que sea se relaciona a una clave que vuelve la exacta y se eviten los hilos ociosos. información inentendible. Esto tiene como 155 objetivo proteger el acceso a la información por parte de terceros que no estén autorizados para visualizarla. Las encriptaciones de audio representan un problema debido a la gran cantidad de muestras que se deben procesar para Figura 2. Aplicación de matriz llave a un vector. devolver los resultados encriptados. Stallings, W. (2005). Cryptography and Network Security: Principles and Practices. En un proceso de este tipo se utiliza un algoritmo simétrico de encriptación Hill Cipher (Véase la Figura 2). Se aplica una llave en forma de matriz a todos los datos del archivo de audio (los datos pueden abarcar rangos de -128 … +128 y -32768 Figura 3. Asignación de n particiones del vector … +32767); como el algoritmo solamente audio a n tarjetas de video. admite números enteros, se hace una suma para mover los números negativos 2.4 Multiplicación de matrices al lado positivo. Después, se genera un compatibles proceso paralelo con CUDA usando dos o más GPUs al mismo tiempo. Uno de los aspectos claves en los que se centró el proyecto fue en realizar correctamente las particiones necesarias al vector audio para poder mandar cada 2.3 Múltiples hilos CPU una de las partes independientes a ser Para poder ejecutar el Kernel CUDA en procesadas en alguna de las múltiples múltiples GPUs, se creó un hilo CPU por tarjetas de video disponibles. cada una de las unidades. No hay un Debido a que la operación que se límite específico en cuanto al número de implementaría sería una multiplicación de tarjetas que pueden trabajar; cada uno de matrices, era necesario que la partición los hilos manda ejecutar el Kernel CUDA, del vector, que da como resultado otro recibiendo como argumento una vector de menor tamaño, fuese estructura con los datos necesarios para compatible con el tamaño de la llave que realizarlo. Es de esta manera que puede se utilizaría al momento de implementar el paralelizarse el proceso en paralelo, ya algoritmo HC. que múltiples tarjetas trabajan al mismo Era necesario que el número de columnas tiempo arrojando los resultados de la llave coincidiera con la cantidad de esperados. Véase la Figura 3. renglones de la partición del vector (a la cual se le aplicaría la llave). Véase la Figura 4. 156 2.5 Reasignación de tamaño del vector audio Dado que el procedimiento que se deseaba paralelizar era una multiplicación de una matriz nxn por un vector 1xm, era necesario verificar que su tamaño fuese compatible. El principal problema que se tenía durante el planteamiento fue que los tamaños obtenidos nunca serían constantes. Esta afirmación se debe a que dichos tamaños dependen de distintos factores; como lo son: Figura 4. Verificación de la compatibilidad de la matriz y el vector para realizar una multiplicación de los mismos. Elaboración propia (2018). ● La cantidad de tarjetas de video a utilizar (ya que el audio se Por otra parte, el tamaño del vector particiona dependiendo de este audio debía ser divisible entre la cantidad número) de tarjetas de video a utilizar, para que de esta forma se pudiesen hacer las ● El tamaño de la llave (ya que puede divisiones necesarias y se tuviesen los variar) datos exactos. Tomando en cuenta las consideraciones anteriormente mencionadas, además del Por los motivos anteriormente hecho de que el número de tarjetas de mencionados, se buscó la forma de video y el tamaño de la llave a utilizar son obtener el tamaño indicado para el vector variables que no podemos controlar para audio. Esto se pretendía conseguir predeterminar las particiones necesarias, planteando una fórmula que devolviera el se buscó plantear como solución más tamaño correcto del vector audio, de factible re-asignar el tamaño del vector manera que pudiera ser particionado en audio a un común múltiplo entre el tamaño función de las distintas GPUs con las que de la llave y la cantidad de tarjetas de se trabajara y que, al mismo tiempo, el video; de esta forma, el tamaño del vector tamaño de dichas particiones fuese podría dividirse y cada partición sería compatible para la multiplicación con la compatible con el tamaño de la llave y, llave; y que, además, fuera adecuada para asimismo, sería posible realizar la su aplicación con n tarjetas de videos y multiplicación y aplicación del algoritmo con nxn tamaño de llave. HC. 157 Se planteó la fórmula que se presenta en se requieran para procesar el vector la Figura 5. Esta fórmula entrega un audio, todas las particiones sean múltiplo compatible, tanto con la llave compatibles para poder realizar la como con la cantidad de tarjetas de video, multiplicación. Véase la Figura 7 del para que, de esta forma, la multiplicación esquema del proceso. de matriz por vector pueda llevarse a cabo dada la compatibilidad de los valores. 2.6 Multiplicación GPU La operación que se realizó fue una multiplicación de una matriz nxn, la cual corresponde a la llave, y un vector de 1xm, que representa al vector del audio. Con la finalidad de realizar este procedimiento de manera paralela, se Figura 5. Fórmula para la reasignación de utilizó la estrategia de memoria tamaño. Fuente: Elaboración propia (2018) compartida para los hilos de los distintos bloques de ejecución que fueran Se puede detallar el funcionamiento de necesarios según el tamaño de la la fórmula de la siguiente manera: partición del vector audio. De esta Primero, se busca un común múltiplo manera, cada hilo podría conocer los entre el número de renglones o columnas valores que en el momento de la de la matriz llave y la cantidad de tarjetas paralelización estuviesen manejando los de video a trabajar; esto se hace otros hilos pertenecientes a su mismo simplemente multiplicando estos dos bloque; asimismo, el acceso a este tipo de valores. Después, se obtiene el residuo memoria sería mucho más rápido que el del tamaño del vector audio entre el acceso a la memoria global. común múltiplo, que se saca previamente La cantidad de hilos por bloque (blockDim) y se le resta al mismo común múltiplo. El que se utiliza corresponde al número de valor que se obtiene es la cantidad que se columnas o renglones de la matriz llave debe agregar al tamaño original del vector nxn. audio para obtener el siguiente múltiplo compatible, y de esta manera las distintas Se optó por manejar dos dimensiones (x, particiones que se hagan puedan realizar y) al momento de definir el blockDim, por la multiplicación por la matriz llave. Los lo que se obtendría como resultado una espacios extra que se agregan se rellenan matriz de hilos nxn por cada bloque con ceros. CUDA. A través de la aplicación de esta fórmula Los bloques que se utilizan al momento de se puede esperar que, la ejecución en paralelo dependen del independientemente del tamaño de la tamaño de la partición del vector audio a llave y del número de tarjetas de video que procesar y el tamaño de la llave. 158 Aplicando una división de estos dos 2.7 Materiales valores se obtiene como resultado el número de bloques necesarios para dicha Durante el desarrollo de este proyecto partición. Véase la Figura 6. se utilizó el servidor Coatlicue y el Centzon Cluster de la Universidad Autónoma de Querétaro, que cuentan con un procesador Intel(R) Xeón(R) CPU E5- 2630 v3 @ 2.40GHz 32 núcleos, 64 GB de RAM DDR4, con dos tarjetas de video NVIDIA, una GeForce GTX 1080 y una Figura 6. Fórmula para la obtención de los Tesla K40c con la versión 9 de CUDA, bloques CUDA a utilizar. Fuente: Elaboración Sistema Operativo CentOS7, 4 TB Disco propia (2018) Particionado, usando el editor de texto en terminal 'nano’, las librerías standard de C++, el compilador de Nvidia (nvcc). 3. Resultados Se logró obtener una fórmula la cual, dependiendo del número de tarjetas de video, devuelve el tamaño exacto a reasignar de las particiones de datos que se procesarán. Dichas particiones presentan el tamaño adecuado para que las tarjetas de video puedan ejecutar su Kernel CUDA de manera adecuada y optimizada; de esta manera, se logra paralelizar un proceso paralelizado. Figura 7. Proceso de partición de datos, Se comprobó el funcionamiento de la asignando cada partición a un conjunto de fórmula de reasignación de tamaño de bloques CUDA en diferente GPU. Elaboración particiones al trabajar con dos tarjetas de propia (2018). video al mismo tiempo, a cada una de Se verificó con antelación que las estas tarjetas se le envió una parte a distintas particiones del vector audio y el procesar, la cual se definió con esta tamaño de la llave fueran compatibles misma fórmula. Cada tarjeta de video para poder realizar su multiplicación, y aplicó el algoritmo HC (aplicación de una gracias a esto la paralelización de dicha llave para encriptar el audio) de manera operación se ejecuta sin tener bloques independiente a su partición asignada sobrantes o hilos ociosos; lo cual facilita la dando como resultado la encriptación de programación del Kernel CUDA. su parte correspondiente. Durante el mismo proceso, se llaman las distintas 159 partes repartidas y procesadas para dar 4. Discusión como resultado un único audio encriptado. Uno de los principales preceptos dentro Se pudo corroborar que es posible del paradigma de programación en paralelizar un proceso paralelizado y paralelo es identificar la parte del trabajar con cualquier número de tarjetas problema que tome más tiempo en cuanto de video, ya que se obtuvieron resultados a ejecución en el CPU; esto se determina satisfactorios. para que dicha parte del problema sea la Por ejemplo, se aplicó el proceso en que se paralelice. Cabe distinguir, que en paralelo de encriptación que utiliza el un procedimiento de este tipo no se algoritmo HC en un archivo de audio. paraleliza todo el problema, por el Dicho archivo contiene un concierto de la contrario, únicamente la parte que banda “Queen”, cuya duración es de 1 abarque la mayor cantidad de hora con 8 minutos procesamiento de datos. Lo anterior tiene A través de esta prueba, pudimos el propósito de mejorar las cuestiones de comprobar la idoneidad de la teoría del eficiencia y velocidad en los tiempos de cifrado. Se distorsionaron todos los ejecución. valores del audio hasta volverlo incomprensible; dicho proceso sólo podría Unas de las partes elementales del revertirse aplicando la correspondiente proyecto fue el operador módulo. Durante llave y, así, restaurandolo a su forma el desarrollo del proyecto fue posible ver original. El audio encriptado no seguía su poder y amplios usos; en este caso, el ningún patrón y, además, tenía muchas operador módulo es parte fundamental de altas y bajas. la fórmula de reasignación de tamaño. Por Se llevaron a cabo dos procesos, que son otra parte, se puede decir que con un poco el de encriptación y desencriptación para de álgebra y operaciones básicas es el CPU y GPU respectivamente. Los posible conseguir realizar procesos tiempos de ejecución de los mismos complejos, los cuales nos aporten fueron muy favorables ya que se repartió resultados realmente significativos al el trabajo en dos GPUs y se registró el momento de aplicarlos. tiempo obtenido más alto. En este proyecto se descubrió que gracias La Tabla 1, que se presenta a la estrategia seleccionada de continuación, describe los tiempos de reasignación de tamaño y al hecho de que ejecución en milisegundos. se consiguiera plantear una fórmula que permitiera redefinir el tamaño del vector audio, se logró conseguir una optimización en el Kernel CUDA, de manera que el programa corriera de una forma más eficaz ya que las particiones Tabla 1. Comparación de tiempos de generadas fueron exactas; además de ejecución en distintas GPUs. Fuente: que se puede aplicar para n cantidad de Elaboración propia (2018). 160 tarjetas de video y para cualquier tamaño y bloques son divisores exactos del vector de matriz llave, en este caso en particular. audio, permitiendo así la eliminación de Es posible observar que, a pesar de que cualquier hilo ocioso dentro del programa. en este proyecto la funcionalidad principal De esta manera su ejecución resulta más de la fórmula fue reasignar el tamaño del óptima, ya que todos los hilos tienen una vector audio para que se pudiese enviar a tarea asignada para cumplir al momento múltiples tarjetas de video y así realizar la de correr el programa. encriptación y desencriptación de manera El planteamiento de la fórmula de más eficiente, La aplicación de esta reasignación de tamaño demuestra que, a misma no se limita solo a esta función. través de la aplicación de operaciones Esta fórmula tiene la posibilidad de básicas y su correcta colocación, es implementarse en distintos proyectos en posible influir en procesos complejos y los cuales se necesite una repartición obtener resultados favorables. exacta de datos. Referencias 5. Conclusiones Sanders, J., & Kandrot, E. (2010). CUDA by El paradigma de la programación en Example. Review Literature and Arts of paralelo es una herramienta muy the Americas. poderosa, con ella podemos reducir Couturier, R. (2014). Designing Scientific considerablemente tiempos de ejecución Applications on GPUs. Londres: CRC Press. en procesos con cantidades masivas de Stallings, W. (2005). Cryptography and datos. Además, este tipo de paradigma Network Security: Principles and exige tener una lógica de programación Practices. Cryptography and Network diferente al momento de plantear la Security. solución para poder implementar una Kirk, D. B., & Hwu, W. M. W. (2013). estratega de paralización. Programming massively parallel Con los resultados obtenidos se puede processors: A hands-on approach, observar que se logró una optimización en second edition la ejecución del Kernel CUDA, ya que, al momento de llamarlo, la cantidad de hilos 161 Optimización de los preprocesos de la Minería de Textos Quillo Espino Jhonathan estudiantejquillo@gmail.com Resumen El objetivo principal de este trabajo fue analizar los preprocesos en la minería de textos y su desarrollo. Se elaboraron algoritmos adaptados al idioma español, para comprobar la metodología. Se tokenizaron 1500 palabras, y se creó un algoritmo capaz de eliminar caracteres especiales. Se analizaron los tiempos de ejecución de cada uno de los algoritmos para comprobar la eficiencia de los preprocesos. Para el preproceso de tokenización no hubo diferencia en los resultados con o sin corrector ortográfico. Para los preprocesos de stemming y stop removal words hubo reducción de tiempo al aplicar el corrector ortográfico. Palabras clave: minería de textos, stemming, tokenización. 1. Introducción para el reconocimiento del lenguaje, Gracias al esfuerzo de los concluyendo que entre mayor sea el investigadores se ha podido lograr entendimiento del lenguaje en un sistema algoritmos que permiten realizar tareas de de PLN, mayor será la profundidad de los procesamiento automático y niveles del lenguaje. Reshamwala et al. semiautomático con metodologías (2013) sugieren que las reglas y los derivadas de la minería de datos (MD) así niveles del PLN funcionan como un como de la minería de textos (MT). conjunto de elementos relacionados entre sí dinámicamente, para el reconocimiento Vijayarani et al. (2016) definieron las del lenguaje, concluyendo que entre etapas de la MT y preprocesos para mayor sea el entendimiento del lenguaje encontrar patrones y descubrir nuevos en un sistema de PLN, mayor será la conocimientos. La iniciación de procesos profundidad de los niveles del lenguaje. La automatizados en la inteligencia artificial MT es una herramienta que ayuda a (IA), fue propuesto por Zadeh (2001), en obtener conocimiento nuevo a partir de donde los principios del concepto de colecciones de textos; es un proceso que procesamiento del lenguaje natural (PLN) requiere de otros subprocesos para se deducen sólo como una percepción. funcionar correctamente. Reshamwala et al. (2013) sugieren que las reglas y los niveles del procesamiento El objetivo principal de este trabajo fue del lenguaje natural (PLN) funcionan analizar el comportamiento de los como un conjunto de elementos preprocesos de la MT durante su etapa relacionados entre sí dinámicamente, inicial. Se analizaron los modelos propuestos por Vijayarani y Janani (2016), 162 quienes ejemplificaron modelos de los Ridge (2000) demostraron con estudios preprocesos como un elemento particular que el 80% de las empresas y indicando la necesidad de ejecución. organizaciones aún tienen su información Gupta y Lehal (2009) describieron las contenida en documentos textuales no técnicas para realizar la MT; el modelo es estructurados. Por lo tanto, se propicia completo, con un algoritmo de reglas y que los científicos encuentren motivación técnicas de uso orientada a la web. Kumar para realizar investigación en el campo de y Bathia (2013) demostraron un modelo los contenidos textuales. Munková et al de MT básico y con la descripción básica (2013) expresan que la MD contiene datos de las diferentes áreas en la MT. Munková estructurados provenientes de las bases et al. (2013) determinaron la necesidad de datos. La gran diferencia con la MD es del tiempo que consumen los preprocesos que la MT puede ser cualquier documento en MT, a través de un modelo secuencial textual que contenga información con el objetivo de limpiar e identificar relevante no estructurada para la patrones. Sun et al. (2018) detallaron los organización. Se puede utilizar el método procesos con el enfoque de descripción de MT para cualquier sistema que intente de procesos y el modelo de preprocesos o pretenda analizar grandes cantidades para la generación de MT. de texto para la interpretación del lenguaje Se analizaron los tiempos de ejecución de natural. Existen diferentes propuestas de cada uno de los algoritmos para probar la acercamientos. Gupta y Lehal (2009); eficiencia de los preprocesos de la MT con Vijayarani et al. (2016) y Sun et al. (2018) dos variantes, con o sin revisión coincidieron en la estructura, desarrollo y ortográfica. Se evaluó un total de 1500 en el conjunto de procesos palabras y se probaron las siguientes correspondientes a la MT. También hipótesis: “Al realizar corrección ortografía concordaron en la necesidad de realizar al conjunto de palabras se efectuaría más los preprocesos de la MT, los cuales son eficientemente el preproceso de necesarios para aumentar la eficiencia, tokenización”, “El preproceso de reducir tiempos y eliminar palabras que no stemming se reducirá, ya que al estar sean útiles. ortográficamente correctas las palabras, El objetivo principal de la MT, además de se llegará sencillamente a su raíz y su la extracción de la información, es impacto se reflejará en el tiempo total de convertir en conjunto de textos no preproceso”; y, “en preproceso stop estructurados a textos estructurados a removal words con corrector ortográfico través de sus distintas áreas como la se espera que se reduzca el tiempo”. recuperación de información (RI) o PLN, 2. Metodología etc. Generalmente, la MT es el proceso más prudente y común para extraer En la actualidad, el crecimiento de los información de los textos, ya que existen datos digitales se ha ido incrementando y otras propuestas como Tan y Ridge promoviendo la necesidad de obtener (2000), donde se expone la conocimiento útil de la información. Tan y 163 representación de extraer el conocimiento mediante la refinación del texto. Para que un conjunto de textos sea analizado de manera correcta y rápida deben aplicarse técnicas de aprendizaje automático, las cuales le ayudarán a categorizar los textos, según afirman Fang y Qingyuan (2010). De esta manera se mejora la eficiencia en la búsqueda, además de reducir el problema de desorganización que se genera al haber conjuntos de Figura 1. Preprocesos de la MT. Fuente: textos no estructurados. elaboración propia (2018). Para que se pueda llevar a cabo el Generalmente los preprocesos de la MT proceso de MT es necesario contar con están compuestos por 3 + 1 elementos: la una colección de datos textuales que adición de un corrector ortográfico serán analizados, deberán ser elementos tokenización, stemming y stop removal como documentos de texto, notas words. textuales, también se pueden incluir páginas web, etc. 2.2. Tokenización 2.1. Corrector ortográfico El proceso de tokenización consiste en El corrector ortográfico permite separar una secuencia de texto a contribuir con la disminución de tiempo elementos individuales llamados tokens, durante el desarrollo inicial de los los cuales son el producto de la preprocesos en la MT. Se debe considerar normalización del texto. Verma y Gaur si el texto que se analiza proviene de (2014) afirman que la tokenización es un notas textuales que fueron digitalizadas; preproceso de dividir el flujo de contenido puede que contenga errores ortográficos, en frases, palabras, símbolos u otros por tal motivo se agrega el corrector elementos significativos denominados ortográfico para eliminar tiempo en el tokens”. análisis de los textos. La tokenización es la necesidad de ayudar al análisis textual de los documentos con La Figura 1 muestra un diagrama a detalle el fin de organizar contar, dividir e indexar. los preprocesos en la MT con la adición de Se debe mencionar que en esta parte del un corrector ortográfico. proceso se deben eliminar caracteres no deseados y caracteres especiales como números, comas, paréntesis etc. 164 3. Herramienta para la tokenización de utilizada por Google, Twitter etc. La Figura uso libre. 3 muestra el input y el output de Existen diferentes herramientas que se tokenización por medio de patrones. pueden acceder online de manera libre que a continuación se mencionan. 3.1. Word tokenization with python NLTK En lingüística computacional la web https://text-processing.com/ utiliza una de las librerías disponibles para Python de open source desarrollada por Figura 3. Herramienta de tokenización por http://nltk.org para desarrollo de PLN. patrones, desarrollada para Python. Fuente: elaboración propia basada en API. (2018). La Figura 2 muestra el input y el output de tokenizacion con Python online. Ventajas: de fácil acceso y se ejecuta rápidamente. Desventaja: No proporciona información relevante ni muestra resultados efectivos, no facilita el entendimiento. La aplicación de la tokenización será funcional siempre y cuando existan delimitadores en el texto, como espacios en blanco o separadores como la coma. La Tabla 1 muestra un ejemplo de tokenización. Figura 2. Herramienta de tokenización Tabla 1. Ejemplo práctico de tokenización. desarrollada para Python. Fuente: Input: La heroica ciudad dormía la siesta. El elaboración propia basada en NLKT Demos. viento Sur, caliente y perezoso empujaba (2018). las nubes blanquecinas que se rasgaban al correr hacia el Norte de la ciudad. Ventaja: fácil de manipular y rápido Output La=3 heroica=1 ciudad=2 dormía=1 acceso. siesta=1 El=2 viento=1 sur=1 caliente=1 y=1 perezoso=1 empujaba=1 las=1 Desventaja: únicamente permite nubes=1 blanquecinas=1 que=1 se=1 manipular 50000 caracteres. rasgaban=1 al=1 correr=1 hacia=1 norte=1 de=1 3.2. Tokenizador de patrón de palabras La frecuencia es de 3 Es un módulo web programado en Fuente: elaboración propia (2018). Python que contiene herramientas de MT, 165 3.3. Text stemming Es un preproceso de la MT considerado también en el PLN cuyo objetivo es llegar a la raíz de la palabra. Chelif et al. (2014) determinan que es el preproceso final que consiste en extraer la raíz de la palabra. Los algoritmos encargados del stemming se llaman stemmers. Toman et al. (2006) Figura 5. Comparación de tokenizador con y sin refieren que stemming no siempre reduce corrector ortográfico. Fuente: elaboración propia la palabra a su forma básica, lo que (2018). realmente intenta realizar es una aproximación a la raíz de la palabra. La Figura 4 muestra un ejemplo de proceso de stemming. caminar Stemm (camin) caminando camino camin Figura 4. Ejemplo de proceso stemming. Fuente: elaboración propia. Figura 6. Comparación de stemming con y sin 3.4. Stop removal words corrector ortográfico. Fuente: elaboración propia (2018). Saini (2016) sostiene que para alcanzar la perfección cuando se realiza un proceso de MT es necesario aplicar un filtrado a las palabras redundantes o sin significado semántico. El producto que resulta de tokenizar y stemming puede que presente palabras sin valor semántico, por tal motivo es necesario llevar a cabo el preproceso de eliminación de términos comunes, previamente definidos. 4. Resultados Las Figuras 5, 6, 7 y 8 muestran los Figura 7. Comparación stop removal words con y resultados de las pruebas de preprocesos sin corrector ortográfico. Fuente: elaboración con corrector y sin corrector ortográfico. propia (2018). 166 La idea fue acortar el tiempo de desarrollo, lo cual se logró gracias al corrector ortográfico. 6. Conclusiones Existe beneficio aplicando el corrector ortográfico al realizar los preprocesos de la MT. Es evidente que entre más grande Figura 8. Tiempo total con y sin corrector sea el conjunto de palabras a analizar, ortográfico. Fuente: elaboración propia (2018). mayor será el tiempo que se tardará en realizar el conjunto de preprocesos. 5. Discusión Se propone utilizar la integración de un Los preprocesos de la MT son la parte corrector ortográfico como un preproceso esencial para el óptimo desarrollo de la durante la etapa inicial de la MT. MT. Es la parte que más consume tiempo, además de ser el proceso de filtrado de La finalidad es ayudar a encontrar los datos. La complejidad dependerá de la patrones para la extracción de fuente de datos textuales que se esté información importante. La idea es ayudar analizando. a reducir tiempo de una manera satisfactoria. Se puede observar en la Figura 5 que no hubo cambio de tiempo con corrector Los ejemplos demostrados en el presente ortográfico y sin él, durante el desarrollo trabajo pretenden funcionar como del preproceso de tokenización; Sin intermediarios, exponiendo los beneficios embargo, la Figura 6 muestra que si hubo del corrector ortográfico. Se recomienda una disminución de tiempo en el utilizar el algoritmo snowball, ya que fue preproceso de stemming equivalente a creado para realizar stemming para el 0.04 ms, lo cual indica que el corrector idioma español. ortográfico si generó un beneficio. La Stemming puede ser aplicado en Figura 7 muestra una disminución de 0.06 diferentes áreas y en diferentes idiomas. ms durante la ejecución del preproceso de Entre más grande sea el conjunto de stop removal words. La Figura 8 muestra palabras a analizar, será mayor el tiempo la comparación total de los preprocesos y que se ocupará para llevar a cabo los denota que se observa un beneficio de preprocesos de la MT. Todo lo anterior 0.010 ms en la reducción del tiempo total forma parte del PLN en los análisis de los preprocesos de la MT. Los textuales. resultados confirman que la suposición de Referencias la utilización de un corrector en la primera fase de la MT fue correcta, aunque el API. (2018). Text Analysis Online. Obtenida el impacto sólo afectó directamente a 5 de octubre de 2018 desde: stemming y stop removal words. http://textanalysisonline.com/ 167 Chelif, W., Madali, A., & Kissi, M. (2014). https://www.researchgate.net/publicatio Integrating effective rules to improve n/308186288_Stop- arabic text stemming. DOI: Word_Removal_Algorithm_and_its_Im 10.1109/ICMCS.2014.6911275 plementation_for_Sanskrit_Language? enrichId=rgreq- Fang, L. & Qingyuan, B. (2010). A refined 43cfd8da6b965556de3a9529b59b9c65 weighted k-nearest neighbors algorithm - for text categorization. International XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlO conference on intelligent systems and zMwODE4NjI4ODtBUzo0MTA1OTgwNj knowledge engineering (ISKE). pp. 326- UwOTg3NTNAMTQ3NDkwNTYxNTMz 329. Mg%3D%3D&el=1_x_2&_esc=publicati Gupta, V. & Lehal, G.S. (2009). A survey of onCoverPdf text mining tecniques and applications. Sun, W., Cai, Z., Yangyang, L., Fang, L., Journal of emergering tecnologies in Shengqun, F. & Guoyan, W. (2018). web intelligence. 1(1). Obtenido el 18 de Data processing and Text Mining febrero de 2018 desde Technologies on Electronic Medical https://www.researchgate.net/publicatio Records: A Review. Article ID 4302425, n/42802926_A_Survey_of_Text_Mining 9 pages. _Techniques_and_Applications https://doi.org/10.1155/2018/4302425 Kumar, L. & Bhatia, P. K. (2013). Text Mining Tan, A-H. & Ridge, K. (2000) Text Mining: The Concepts, process and aplications. state of the art and the challenges. Journal of Global Research in Computer Digital & Mui Keng Terrance. Singapure. Science. 4(3). p.37. p. 2. Munková, D., Munk, M., & Vozár, M. (2013). Toman, M., Tesar, R. & Jezek, K. (2006). Data pre-processing evaluation for text Influence of word normalization on text mining transaction sequence model. classification. Text mining research pp.1198-1207. group. University of West Bohemia doi:10.1016/j.procs.2013.05.286 Faculty of Applied Sciences. Plzen NLKT Demos. (2018). Word Tokenization with Czech Republic. Obtenido el 24 de Python NLTK. Obtenido el 5 de octubre mayo de 2018 desde de 2018 desde: https://text- http://textmining.zcu.cz/publications/ins processing.com/demo/tokenize/ cit20060710.pdf Reshamwala, A. Mishra, D. & Pawar, P. Verma, T., & Gaur, D. (2014). Tokenization (2013). Review on natural Processing. and filtering process in rapid miner. 7(2), Engineering Science and technology. p. 16. (IJAIS)-ISSN 2249-0868 An international Journal. 3(1). February. Vijayarani, S., & Janani, R. (2016). Text Saini, J. R. (2016). Stop – Word Removal mining open source tokenization tools Algorithm and its implementation for and analysis. (2016). 3(1), p.38. Sanskrit Language. International DOI:10.5121/acii.2016.3104 Journal of Computer Applications (0975-8887) 150(2) obtenido el 23 de mayo de 2018 desde 168 Habilidades y competencias para establecer el grado de cumplimiento de las propiedades del paradigma orientado a objetos Raquel Mondragón Huerta, Olmos Trejo Carlos Alberto, Torres Jiménez Jorge y Gutiérrez Oliva Juan Pablo. raquel.monhue@gmail.com Resumen El objetivo de la investigación fue diseñar un método que permita evaluar el grado de cumplimiento de las habilidades y competencias de la programación bajo el Paradigma Orientado a Objetos haciendo uso del código fuente. Por lo que, se estudiaron los perfiles propuestos por de la Association for Computing Machinery (ACM) en colaboración con el Committee for Computing Education in Community Colleges (CCE); para analizar las competencias en el área de ingeniería de software se analizó el modelo del Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Se utilizó la investigación basada en el diseño de Hevner, March, Park & Ram (2004). Para finalmente tener como resultado las habilidades y competencias vinculadas al plan de estudios de la Facultad de Informática garantizando el cumplimiento de las propiedades de programación Orientada a Objetos. Palabras clave: Habilidades, Competencias, Paradigma Orientado a Objetos. 1. Introducción Por otro lado, el papel que juegan los El proceso de aprendizaje de la docentes es complicado y determinante programación no es una tarea fácil y en el proceso de aprendizaje. Ellos son los requiere del desarrollo de habilidades del encargados de poner en práctica los pensamiento, y un cambio de paradigma métodos de enseñanza y de evaluar la en la forma de resolver problemas. evolución del aprendizaje de los alumnos. Rosson y Carroll (1990) establecen que Las evaluaciones y mediciones del comprender el Paradigma Orientado a aprendizaje se han realizado de manera Objetos significa entender que son los tradicional mediante la asignación de notas numéricas a los estudiantes. Sin objetos y como los mensajes se transfieren entre ellos con el fin de realizar embargo, existen dudas y malas prácticas tareas específicas (José María Rodríguez sobre qué es lo que se debe de evaluar y Corral, 2014). que se debe de obtener de ello, Los estudiantes durante el proceso de contribuyendo a hacer que sea más aprendizaje se enfrentan a diferentes importante la obtención de una buena dificultades al tratar de entender nota que la obtención de conocimientos conceptos abstractos de la Programación significativos. Esto genera que no se Orientada a Objetos relacionando cuenten con los indicadores necesarios equivalencias de esos conceptos en la para medir la calidad del aprendizaje vida real (Yan, 2009). (Marisol Aguilar Mier, 2009). 169 Dentro del seguimiento y evaluación de Orientada a Objetos no se cumple las habilidades y competencias de la mediante la técnica de evaluación de caja Programación Orientada a Objetos la negra ya que no se permite una correcta pregunta es en qué grado los profesores valoración de las propiedades del son capaces de analizar un código para paradigma. Un método de caja blanca evaluar la utilización de las propiedades permitiría tener una mejor visión de la del Paradigma Orientado a Objetos solución y de qué conceptos está visibles a través de un método de utilizando el alumno para ello. evaluación de caja negra donde a partir de entradas específicas se generan salidas El método de caja blanca implica una gran esperadas. Este tipo de evaluación limita inversión de tiempo de los docentes, y la visibilidad de la utilización de las estas revisiones por el número de propiedades del paradigma. alumnos podrían verse afectadas en la calidad debido a la complejidad de analizar diferentes códigos fuentes, por ello se plantea que este método se aplique de manera automática en base al código fuente de cada uno de los estudiantes. Figura 1. Evaluación de caja negra. Fuente: Utilizar un método de caja blanca Elaboración propia. automatizado del código fuente de cada uno de los estudiantes nos permitiría: Por otro lado, un método de caja blanca ● Mejorar el asertividad de la permitiría tener una mejor visión de la evaluación del aprendizaje. solución y de los conceptos que el alumno ● Dar seguimiento a las está utilizando para ello. características individuales de cada estudiante. ● Proporcionar una retroalimentación Figura 2. Evaluación de caja blanca. Fuente: Elaboración propia. personalizada y automática. ● Impulsar el aprendizaje de los La formación en la Programación estudiantes. Orientada a Objetos no solo es codificar, ● Apoyar en la impartición del es la integración de grupos de habilidades conocimiento a los profesores. para el desarrollo de software. Desarrollar ● Permitir a las Instituciones software es un proceso complejo que se Educativas llevar un control de ha definido a lo largo de los años, la cual perfiles. involucra distintas actividades que requieren de las siguientes habilidades y competencias específicas (McConnell, 2. Metodología 2004). La evaluación efectiva en el El objetivo general se centra en proceso de formación en la Programación diseñar un método que permita evaluar el 170 grado de cumplimiento de las habilidades entorno de estudio de la problemática es y competencias de la programación del la Facultad de Informática de la Paradigma Orientado a Objetos. Para el Universidad Autónoma de Querétaro. La cual se trabaja utilizando la metodología Facultad de Informática brindó el entorno de desarrollo de investigación basada en adecuado ya que es el encargado de la el diseño. formación académica de los futuros Esta metodología es apropiada para profesionistas en el área de las investigaciones donde se pretende Tecnologías de la Información y dentro de trabajar para ampliar los límites de las sus diferentes planes de estudios todos capacidades humanas por medio de la congenian en la impartición de la creación de artefactos innovadores programación del Paradigma Orientado a (Hevner. A, March. S, Park. J & Ram. S, Objetos. 2004). La elaboración de esta La identificación de las habilidades y investigación debe tener el rigor necesario competencias que los alumnos en para sustentar las contribuciones o formación dentro de esta asignatura se desarrollos futuros. realizaron desde dos puntos de vista. La Dicha metodología se basa en la primera es haciendo un análisis de lo que relevancia del contexto y el rigor del algunas instituciones a nivel internacional conocimiento para brindar la formalidad proponen en la formación en el área del que requiere un trabajo de investigación. desarrollo de software y lo que la facultad propone en comparación con estas instituciones. Y la segunda ya es de manera a profundidad con los contenidos dentro de las asignaturas en donde se pueda trabajar. El Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) propone un modelo de competencias en la Ingeniería de Software (SWECOM, 2014) en donde se menciona que las personas competentes tienen las habilidades necesarias, organizadas en distintos niveles, para llevar a cabo las actividades de trabajo. En este modelo de competencia el Figura 3. Marco de trabajo de la metodología de conocimiento es lo que se sabe y las Investigación basada en diseño. Fuente: Hevner, habilidades es lo que se puede lograr March, Park & Ram (2004). hacer. Con esta diferenciación se especifican áreas, habilidades y 3. Resultados actividades de trabajo para cada Partiendo de la metodología de habilidad, las cuales son habilidades investigación basada en diseño, el cognitivas, habilidades de destreza y 171 comportamiento y habilidades técnicas, que la Facultad de Informática ofrece. Se las cuales determinan los conocimientos muestra en la Tabla 1, una relación de requeridos y las disciplinas relacionadas. concordancia de habilidades y competencias entre las sub-disciplinas y los planes de estudio. Tabla 1. Relación de sub-disciplinas de ACM y planes de estudio de FIF. Figura 2. Elementos del SWECOM. Fuente: SWECOM (2014). Cada una de las habilidades del Fuente: Elaboración propia. modelo se divide en cinco niveles de competencia: Técnico, Practicante de Finalmente, dentro de la Facultad, dentro primer nivel, Practicante, Líder técnico e de cada plan de estudios se analizó las Ingeniero de programación superior. concordancias con las materias en las Otra institución internacional es cuales la evaluación del código fuente Association for Computing Machinery puede ser aplicada, teniendo los (ACM) - CCECC (Committee for resultados de la Tabla 2. Computing Education in Community Tabla 2. Relación materias de los planes de Colleges), la cual fue integrada de manera estudios FIF relacionados a la evaluación de oficial en 1991 como el comité código. permanente de la junta de educación de ACM al cual llamaron CCECC, esta tiene la misión de apoyar a la comunidad universitaria y de estudios técnicos en aspectos acerca de la educación en el área de la computación en todo el mundo. ACM clasifica el área de la informática en cinco sub-disciplinas: Ciencias de la computación, Ingeniería en Computación, Ingeniería de Software, Sistemas de Información y Tecnologías de Información. Se realizó un análisis de las cinco sub- disciplinas que propone ACM y los perfiles Fuente: Elaboración propia. 172 4. Conclusiones Ancira, C. S., & Parra A, M, A. (2009). Gracias al análisis de las habilidades y Lineamientos de evaluación del competencia generales de la Ingeniería aprendizaje. de software, las métricas de software son Janke, E., & Brune., P. (2015). Does outside- las herramientas de medición que se in teaching improve the learning of utilizarán para la evaluación de las object-oriented programming? propiedades del código fuente. Actualmente estamos en la etapa uno de EEE/ACM 37th IEEE International las primeras métricas que serán montadas Conference on Software Engineering. en un sistema que se divide en tres partes. Kaila, e., & Kurvinein, E. (2016). Redesigning La primera es la sección de gestión en an object-oriented programming donde se podrán manejar roles de course. ACM Transactions on estudiante o profesor para delimitar las acciones a realizar, por otro lado, se Computing Education. integra un IDE de desarrollo en donde los IEEE. (2014). Software engineering alumnos podrán codificar según los competency model. IEEE. privilegios que los docentes permitan y por Rodríguez., J., & Civi., A. (2014). A game- último el análisis de las propiedades en based approach to the teaching of donde mediante tracking de las acciones se obtendrán los parámetros para evaluar object-oriented programming cada una de las propiedades que serán languages. ELSEVIER. planteadas. Todo este análisis permitirá McConnell, S. (2004). Welcome to software mostrar una analítica de datos acerca del construction. En Microsoft (Ed.), (p. 3- aprendizaje de los estudiantes. 8). Microsoft. Referencias Moreno, H. (2004). La evaluación del Durall, E., Gros, B., Maina, M., Johnson, L. & aprendizaje: Una propuesta de Adams, S. (2012). Perspectivas evaluación basada en productos tecnológicas: educación superior en académicos. REICE - Revista Iberoamérica 2012-2017. Austin, Texas: The New Media Consortium. Electrónica Iberoamericana sobre Hevner, A. R., March, S. T., Park, J., & Ram, Calidad, Eficacia y Cambio en S. (2004). Design science research in Educación. information systems. Management Sommerville. (1992). Software engineering. Information Systems Quarterly, 28(1), 75-105. Addison Wesley. Booch, G. (1996). Análisis y diseño orientado a objetos con aplicaciones. Addison Wesley. 173 Conceptualización de la Herramienta TIC Scratch y sus Aplicaciones Narváez Díaz Lizzie Edmea1, López Martínez Rocío Edith2 lendiaz@correo.uady.mx1, rocio.edith.lopez@uaq.mx2 Resumen Los recursos que emplean los maestros en sus aulas de clase evolucionan constantemente, en este sentido las tecnologías de la información y la comunicación se vuelven una relevante herramienta de innovación para servir de apoyo a los alumnos de los diversos niveles educativos. Es por ello, que nace el interés de utilizar la herramienta TIC scratch en la materia de algoritmia; scratch es un lenguaje de programación mediante el uso de bloques sin el manejo de sintaxis y su empleo le permitirá al estudiante desarrollar habilidades idóneas para la construcción de algoritmos; esta herramienta ha estado en evolución constante desde su lanzamiento, y es respaldada por una gran institución y una enorme comunidad de usuarios a nivel mundial. La revisión de la literatura, plasma los beneficios de esta herramienta en los ámbitos educativos donde ha sido empleada, por lo que se considera una buena opción aplicarla a problemas relacionados con los fundamentos de la programación, como el caso de la algoritmia. Palabras clave: Scratch, educación, programación de computadoras, TIC.1. Introducción superior en América Latina han visto como En los últimos años, las Tecnologías de una necesidad insoslayable el incorporar la Información y la Comunicación (TIC), se tecnología e iniciativas formativas que han venido posicionando en las escuelas fomenten el uso de TIC por parte de los de los diferentes niveles educativos con el docentes, para brindar apoyo al alumno propósito de mejorar la educación. Según durante su proceso; para lo que se precisa Ávila (2013), las TIC cubren diversas de actitud, aptitud, estrategias y teorías que las expliquen y las justifiquen. áreas de estudio incluyendo el sector educativo, al emplear herramientas De igual modo, en Políticas TIC en los informáticas como principal motivante sistemas educativos de América Latina, para el aprendizaje de los alumnos. En su de la UNESCO (2014), es palpable como trabajo, Duart (2008) concluye que el las tecnologías se han posicionado en potencial de la tecnología en los procesos nuestras vidas y nos muestran la de enseñanza y aprendizaje en importancia de éstas en los procesos universidad es muy elevado y contribuye educativos. al valor global de la institución que la use De acuerdo con la literatura citada, la de forma claramente destacada. Por su inclusión de las TIC en el sistema parte, Villarruel (2012) señala, que en la educativo actual es de suma importancia última década las políticas de educación dado el enorme potencial que 174 representan. Las TIC pueden que no se necesita una licencia para complementar, enriquecer y transformar usarlo. la educación en los diferentes niveles Cuando se trabaja con la herramienta educativos, desde preescolar hasta scratch, se entienden fácilmente posgrado. conceptos matemáticos e informáticos En función de lo anterior, es que se centra que están muy bien integrados en el el interés en analizar la herramienta TIC programa, como son, los procesos scratch para su posible inclusión como secuenciales, interactivos (bucles), los herramienta innovadora en la materia de criterios condicionales (si, entonces, si- algoritmia que se imparte en la no), las coordenadas en un plano Licenciatura en Ingeniería de Software cartesiano, variables, hilos múltiples, (LIS), de la Unidad Multidisciplinaria eventos, entre otros (Isuri Sormenezko Tizimín (UMT), de la Universidad Zerbitzuak Servicios Creativos, 2018; Autónoma de Yucatán (UADY). Teniendo Suárez, 2015). como objetivo, poder usar scratch como Una de las principales ventajas de scratch una herramienta de apoyo en el proceso es que presenta una interfaz muy sencilla de la materia. e intuitiva, de fácil comprensión, donde se 2. Herramienta TIC scratch pueden manipular imágenes, fotos, sonido y música; brinda una forma de Scratch es un lenguaje de programación visual con todos estos programación que permite crear historias elementos y permite crear nuevos interactivas, juegos, animaciones y personajes, cambiarles su apariencia y programas en general y con esto hacerlos interactuar con otros existentes. desarrollar habilidades mentales De igual modo, permite al profesor que lo mediante el aprendizaje de la emplee, el poder desarrollar en los programación sin tener conocimientos estudiantes un pensamiento creativo, profundos sobre el código (es decir, sin crítico y reflexivo, además se puede tener que estar sujetos a una sintaxis en aplicar en diferentes asignaturas de tal particular). El diseño y la programación de manera que permite la transversalidad, proyectos en scratch, sirve de apoyo a los genera en los estudiantes interés y los estudiantes para aprender a pensar de motiva plateándoles desafíos y forma creativa, razonar sistemáticamente oportunidad de un aprendizaje diferente, y a trabajar en modo colaborativo (MIT se tiene la posibilidad de obtener Scratch Team, s.f.) resultados complejos a partir de ideas Scratch es desarrollado y mantenido por simples y cada estudiante trabaja a su el Equipo de Scratch en el grupo Lifelong ritmo, en función de sus propias Kindergarten del MIT Media Lab y una de competencias. Adicionalmente, es sus más importantes características es importante destacar, que scratch se que es multiplataforma y gratuito, por lo encuentra disponible en distintos idiomas (incluyendo el español), la interfaz gráfica 175 permite crear y utilizar un escenario con múltiples fondos y objetos móviles programables, en vez de escribir instrucciones (códigos), se puede decir que la programación se da con el mouse, arrastrando los bloques, los cuales son autoencajables; esto implica explorar y poderse adentrar a los principios básicos de programación, sin las complicaciones Figura 1. Scratch 0.1 de sintaxis que tienen otros lenguajes La versión 0.1 fue probada en otoño de (Suárez, 2015; Zamora, 2016). 2003 con estudiantes del MIT y Harvard; Cabe hacer mención, que esta última en ella el visor del proyecto estaba a la característica es lo que lo hace ideal para izquierda, mientras que los bloques emplearlo en algoritmia, en la cual no se usados para crear los scripts estaban a la pretende enseñar al alumno a programar derecha, posteriormente esta ubicación con el uso de sintaxis (esto corresponde a se invirtió (aunque el diseño se volvió a materias avanzadas en LIS), por lo que el modificar en scratch 2.0). Esta versión, no uso de bloques que sustituye este punto contó con los menús tradicionales y la es ideal para la materia. paleta de bloques (Scratch Wiki, 2008). 2.1. Evolución de scratch En 2004, el cuerpo principal del programa se rediseñó para que el área de scripts y El desarrollo de scratch fue propuesto el visor del proyecto se invirtieran, así por primera vez a la NSF (National como para permitir un área dedicada para Science Foundation) a principios de 2003 los sprites. Se incluyó la barra de menú, el por Mitch Resnick, John Maeda de MIT y precursor de la bandera verde y la Yasmin Kafai de UCLA. Esta propuesta capacidad de crear scripts con nombre fue aceptada y se les otorgó una (Fig. 2) (Scratch Wiki, 2008). subvención para su desarrollo. Scratch, en su primera versión la 1.0 abarcó un proceso de desarrollo largo desde sus inicios en 2003 hasta el lanzamiento del programa final y el sitio web en enero de 2007, el cual incluyó varias interfaces con diferentes bloques. Durante este tiempo antes de lanzar scratch 1.0, se crearon varias versiones Figura 2. Scratch versión finales de 2004 que la precedieron las cuales van desde En 2005 (Fig. 3), la evolución en el scratch 0.1 (Fig. 1), hasta la versión beta diseño del programa ISSN: xxx-x-xxx-xxxxx- de noviembre de 2006 para educadores. x comenzó a parecerse más a la que finalmente se lanzaría como scratch 1.0, 176 incluyendo un botón para crear nuevos probaría ser la versión final antes del sprites en la parte superior y monitores del lanzamiento de scratch 1.0 en enero de escenario, de igual modo algunos bloques 2007 (Scratch Wiki, 2008); esta fue la que se habían incluido inicialmente fueron primera versión disponible al público (Fig. eliminados (Scratch Wiki, 2008). 5). Figura 3. Versión scratch de 2005 Figura 5. Versión al público scratch 1.0 en 2007 Más tarde, las versiones beta de Entre los aspectos más importantes de octubre y noviembre de 2006 se la versión beta anterior y la 1.0 se publicaron en el sitio web de scratch encuentran los siguientes: inclusión de los introduciendo varios bloques, que no se bloques siguiente disfraz, fondo siguiente, encontraban en las versiones previas (Fig. pensar (), pensar () por () segundos, 4) (Scratch Wiki, 2008). detener todos los sonidos y por siempre si (); nuevos botones para crear sprites, facilidad de compartir proyectos en línea, cambio de extensión de. scratch a .sb, introducción de múltiples lenguajes, etc. De mayo de 2007 a julio de 2009 se liberaron varias versiones, las cuales fueron la 1.1, 1.2, 1.3 y 1.4, todas en apariencia física semejante a la versión 1.0, y entre sus principales modificaciones Figura 4. Bloques nuevos versión del 2006. se pueden citar de modo general la El equipo de scratch, introdujo varias inclusión de nuevos bloques, mejoras en características que permanecieron como los sonidos, sensores y manejo de parte del programa hasta scratch 1.4, cadenas. En particular la versión 1.4 tenía incluidos los botones de creación de otras características como los fondos y el sprites, la importación y selección en el uso de la cámara web para tomar fotos y editor de pintura, los monitores de emplearlas en sprites, bloques ocultos en escenario intercambiables y la la categoría movimiento para usar con el importación animada de GIF. La versión kit LEGO WeDo Robotics, un nuevo modo de noviembre de 2006 de scratch, de escenario, agregado al modo de 177 presentación y al modo regular: modo de escenario pequeño y un selector de color en el editor de pintura, entre otros. Esta versión estuvo vigente hasta el año 2013. En enero de 2013, se lanza una versión beta de scratch 2.0 la cual fue desarrollada por varios años siendo su Figura 7. Scratch versión 3.0 en el 2019 lanzamiento oficial en mayo de ese mismo año. Entre las principales características Como se puede apreciar, desde la que incluyó, destacan una nueva interfaz primera versión al público en el año 2007 de usuario, procedimientos, clonación, hasta la versión más actual liberada en datos en la nube, gráficos vectoriales, enero de 2019, scratch no ha dejado de mochila para recopilar scripts, editor de evolucionar y mejorar. Todo esto, para ir a sonido, entre otros (Fig. 6). la vanguardia con los desarrollos tecnológicos de muchas áreas y además porque con el paso del tiempo ha demostrado ser una herramienta eficaz para lo que fue diseñada; lograr que el estudiante aprenda, razone, diseñe y sea creativo, sin tener que usar estrictas sintaxis de programación. Más que pensar en programar el estudiante usa la herramienta jugando. En el trabajo en campo con la herramienta Figura 6. Scratch versión 2.0 en el 2013. se ha comprobado el grado de interés del alumno al momento de estar trabajando con el software. La versión 2.0 estuvo vigente desde el 2.2. Comparación de Scratch con otras 2013 hasta inicios de 2019 que es cuando herramientas y razones de elección se lanza scratch 3.0, junto con esta versión se anunció que Google se afiliaría Han surgido varias iniciativas a scratch para el lanzamiento y se usará tecnológicas que involucran grupos Scratch Blocks, una biblioteca bifurcada colegiados y organizaciones en busca de de Google's <a href="/tags/Blockly/" rel="tag">Blockly</a>, la cual permitirá la ayudar al alumno en sus primeros pasos colocación horizontal de bloques, junto hacia la programación, sin que éste se con los bloques verticales. Inicialmente, tenga que enfrentar a las dificultades se programó un lanzamiento para finales inherentes de un lenguaje formal que de 2017, pero fue reprogramado para implique el uso de una sintaxis y agosto de 2018 y el lanzamiento final se semántica específica. Fuentes (2017), hizo en enero de 2019 (Fig. 7). menciona algunos de estos desarrollos 178 los cuales son Scratch, ¡Snap! y APP fuera de los contenidos temáticos que se Inventor; mientras que otros autores como manejan en algoritmia. Gandy, Bradley, Brookes y Allen (2010) y Por último, Lego Mindstorms surge como Muñoz, Barcelos, Villarroel, Barría, un juego de robótica desarrollado por la Becerra, Noel y Frango (2015) apuestan compañía Lego en colaboración con el por Lego Mindstorm. MIT. A pesar de que inicialmente se Snap!, de la Universidad de California en propuso como un juego, la plataforma Berkeley, a semejanza de scratch es un Lego Mindstorms ha ido adquiriendo un lenguaje de programación visual, cuya interés creciente en entornos educativos a metodología consiste en arrastrar y soltar; diferentes niveles. Según Gandy et al. en este sentido, es una extensión de (2010) la plataforma es usada para scratch que te permite construir tus desarrollar competencias en propios bloques sin tener conocimientos programación en diferentes lenguajes, previos de programación, evitando los tanto a nivel básico como avanzado. La problemas con la sintaxis y la semántica programación con Robots Lego (Snap! Build your own blocks, 2018). Se Mindstorms permite al alumno desarrollar diferencia de scratch en algunas una aplicación más tangible y concreta de características novedosas que incluye, sin las habilidades de programación, embargo, scratch cuenta con un soporte basándose en los principios del más amplio y a la fecha es más utilizado aprendizaje activo y constructivo para su (basta con hacer una simple búsqueda elaboración (Muñoz et al. 2015). Se para darnos cuenta). considera una buena opción, pero lo ideal APP Inventor es una herramienta es tener el equipo robótico para poder diseñada para ayudar a los principiantes implementar los diversos problemas. en la programación y creación de Se ha elegido la herramienta scratch para aplicaciones Android. Se basa en la su aplicación en el entorno planteado, a programación visual y en la construcción parte de los expuesto en los párrafos de bloques con el método de arrastrar y anteriores, se ha decidido por scratch en soltar, que es el mismo de scratch y snap!. primer lugar porque maneja los conceptos Desarrollada por Google, el Programa temáticos con los que se tienen problemas STEP y el MIT. Su uso está dirigido a la en la materia de algoritmia y lo hace con educación y su misión es fomentar el el manejo de bloques (sin el uso de traspaso de los usuarios de consumidores sintaxis), en la institución scratch ha sido de apps a desarrolladores de un modo aplicada para solucionar problemas con el simple, y entre sus objetivos se encuentra área matemática por lo mismo hay la promoción de la educación en ciencias maestros preparados en su uso, como de la computación y la realización y apoyo cuerpo académico se ha usado la a la investigación comunitaria (Fuentes, herramienta en varios proyectos con 2017). APP Inventor es una buena opción, satisfactorios resultados, la literatura sin embargo, su enfoque principal queda respalda su incorporación, es una 179 herramienta gratuita y tiene un fuerte añadió el aprendizaje significativo a través soporte en línea. de aprender haciendo. 3. Scratch y educación En Collí (2017), se presenta el desarrollo Múltiples investigaciones han sido de un software utilizando la herramienta desarrolladas utilizando la herramienta scratch, para ser empleado en scratch, tanto en la educación en general estudiantes de nivel bachillerato en el como en el ámbito específico de los aprendizaje del inglés y la maya, con principios de programación de apoyo del Kinect. Este trabajo muestra computadoras. En esta sección, se buenos resultados en su aplicación. presenta algunas de ellas. Estos ejemplos forman solo una parte de 3.1. Aplicaciones de scratch a la los problemas que se han resuelto por educación en general medio del lenguaje de programación scratch en el ámbito educativo. En la literatura analizada, se encuentra el uso de scratch en una diversidad de 3.2. Aplicaciones de scratch a materias y áreas, se citan algunos. conceptos fundamentales de programación Según Tec, Uc, González, García, Escalante, y Montañez (2010), la robótica Enfocando la literatura al área de y la animación se utilizan en diversas interés, se encontró que hay un grupo de áreas, incluyendo las matemáticas pues docentes que han apostado por la TIC permiten interacción con la tecnología, la scratch para dar solución a sus problemas cual está ausente en la enseñanza educativos en el nivel superior enfocados tradicional, ellos explicaron temas a problemas en procesos tempranos de matemáticos con apoyo de talleres en el programación, este aspecto es de gran nivel de bachillerato y concluyen que el interés en nuestra investigación ya que uso de las herramientas TIC, como la como se planteó al principio, se espera robotica y scratch, proporcionan una incluir la herramienta scratch como ventana abierta a la nueva era de la tecnología innovadora a la materia de enseñanza, representando una opción de algoritmia. Como ejemplo de lo uso atractiva y motivante para el alumno. encontrado se cita lo siguiente. En Janeiro (2016), realizaron una Según Dania y Marchisio (2013), la intervención didáctica en alumnos de enseñanza de la programación y la educación primaria, enfocándose entre algoritmia ha sufrido muchos cambios a lo otros a fundamentos de la programación largo del tiempo, coexistiendo varios mediante el uso de scratch y su aplicación enfoques didácticos y tendencias. Existe en matemáticas y geometría; los alumnos consenso entre investigadores y aprendieron mediante juegos y la educadores, en lo difícil que resulta a los programación de personajes; lo cual estudiantes de los primeros años de estas carreras superar los mismos exitosamente con base en los 180 aprendizajes complejos que se requieren, cuya sintaxis y semántica dificulta el los cuales dan pie a la construcción de acceso y el uso de los sistemas algoritmos. computacionales, los resultados fueron Según Muñoz et al. (2015), los cursos que satisfactorios, scratch constituye una se imparten en los primeros años de las herramienta propicia para el desarrollo del carreras informáticas relacionados con la pensamiento lógico y algorítmico y materia de fundamentos de presenta un ambiente en el cual los programación, tienen altas tasas de alumnos se motivan y participan al reprobación, y proponen iniciativas para encontrar respuestas a las situaciones mejorar asociadas con scratch y Lego. planteadas sin temor al error, posibilitan el Los autores desarrollaron un taller de análisis de problemas, la propuesta, el programación de juegos para apoyar la desarrollo y la aplicación de soluciones, asignatura, y encontraron un incremento las que se pueden probar y mejorar. considerable en la tasa de aprobación de En sus investigaciones, Stuart (2009), los estudiantes. plantea el uso de scratch desde los Por su parte, los autores Rizvi, primeros años de la educación hasta Humphries, Major, Jones y Lauzun introducir a universitarios a la (2011), usaron scratch en un curso de programación y concluye que su uso es computación introductorio en universidad una buena alternativa para que con el fin de mejorar la retención de posteriormente el estudiante pueda estudiantes de alto riesgo, resultando en programar utilizando otros lenguajes con un aumento sustancial en la matrícula con sintaxis y entornos de desarrollo más respecto a años anteriores. avanzados, punto muy importante en nuestro contexto investigativo. De igual modo, en el trabajo que presentan Uludag, Karakus y Turner Según Durak (2018), trabajando con el (2011), resumen la experiencia en la software scratch y Alice en dos grupos, enseñanza en un curso introductorio a la uno experimental y uno de control, en la asignatura de computación. Con los enseñanza de la programación de fundamentos pedagógicos en materia de computadoras a estudiantes de nivel aprendizaje construccionista y educación secundaria, concluye que el software informática contextualizada, los autores scratch ha afectado el compromiso, el presentan la motivación y los detalles de pensamiento computacional y las un curso que utiliza el lenguaje scratch, habilidades de pensamiento reflexivo para App Inventor y robots Lego. la resolución de problemas de manera más positiva que el software Alice. Por su parte, Vidal, Cabezas, Parra y López (2015), realizaron experimentos Como se ve no son pocos los docentes para enseñar pensamiento computacional que mediante la inclusión de scratch han y algoritmos a estudiantes universitarios logrado ayudar a sus estudiantes en los usando scratch, en vez de otros lenguajes procesos de programación de computadoras; de acuerdo a la literatura 181 encontrada, scratch es una herramienta el desagregado de contenidos de la ampliamente utilizada y da cuenta clara de planeación didáctica de algoritmia y su efectividad en las situaciones problema se realizan ejercicios relacionados en donde la aplicaron (Durak, 2018; los cuales se harán a papel y lápiz Muñoz et al, 2015; Rizvi et al, 2011; del modo tradicional. Stuart, 2009; Uludag et al, 2011; Vidal et o En el laboratorio se darán las bases al, 2015). y explicaciones adecuadas para 4. Metodología proceder con el empleo de la Se centra el interés, en aplicar la herramienta scratch. herramienta scratch a la materia o El objetivo del laboratorio es pasar algoritmia que se imparte en la los ejercicios desarrollados en el licenciatura en Ingeniería de Software, en aula, a la programación mediante este sentido, para incorporarla al entorno bloques que maneja scratch, con lo educativo que se tiene, se plantea el cual, el alumno podrá comprobar lo diseño e implementación de un taller para que previamente hizo en el aula que sirva de apoyo a la materia. Se con papel y lápiz. El programa que propone de este modo, porque se ha visto, el alumno desarrolle en scratch en la literatura revisada que ha arrojado será un claro referente para buenos resultados en áreas afines entender las sentencias enfocándose al diseño e implementación empleadas. de talleres o cursos de apoyo (Durak, o Por último, el alumno podría 2018; Muñoz et al, 2015; Rizvi et al, 2011; mejorar su programa añadiendo Stuart, 2009; Uludag et al, 2011; Vidal et conceptos de animación para al, 2015). hacerlo más dinámico, y de este La metodología que se propone seguir modo pueda explorar la para llevar a cabo la aplicación de scratch herramienta en busca de a la materia de algoritmia es la siguiente perfeccionar su actividad. (Fig. 8): ● Análisis del contexto de aplicación, esto ser realizará con los alumnos de nuevo ingreso a la LIS. ● Creación de un taller de scratch acorde a los resultados obtenidos del análisis del contexto. ● Implementación del taller al grupo analizado de la siguiente manera: o En el aula de clase se definen las estructuras que se especifican en Figura 8. Metodología de aplicación de scratch 182 motivación como para tener y cautivar Con este proceso, el alumno de modo la atención de los alumnos (por paulatino a lo largo del semestre escolar y ejemplo, juegos y animaciones). de forma activa, se hará con el manejo de la TIC scratch, adquirirá y construirá los ● Incorporará niveles de dificultad conocimientos básicos del desagregado progresivos que requieren el dominio de contenidos estudiado; esto se puede de los temas anteriormente lograr ya que el alumno podrá aterrizar en estudiados. algo palpable para él lo que únicamente Los alumnos se enfrentarán a un reto tenía a papel y lápiz. y el hecho de superarlo supondrá una De igual modo, para el proceso de trabajo estimulación. Al finalizar el curso, el en el laboratorio se pretende generar un alumno generará un proyecto que incluya diálogo mucho más ameno y participativo todos los conceptos estudiados durante el que en el aula de clase ya que el docente semestre. puede atender de manera puntual los Cabe hacer mención que anterior a esta problemas específicos que se vayan propuesta el material de trabajo de la presentando. Partiendo de esto se materia se estudiaba al 100% utilizando propone que el docente: papel y lápiz para encontrar solución a los ● Guíe a los alumnos en el proceso de ejercicios planteados. construcción de sus ejercicios 5. Conclusiones haciendo que no solamente los Las tecnologías de la información y la realicen, sino que los mejoren y tratará comunicación son cruciales en los de estimular a aquellos alumnos que procesos educativos modernos, y a lo habitualmente no son muy largo de los últimos años se ha visto cómo participativos. se han ido introduciendo y posicionando ● Ayudará y dirigirá el proceso de en las escuelas de los diferentes niveles descubrimiento de la herramienta lo desde preescolar hasta posgrado; esto es que implica que proporcione pistas gracias a que se han generado múltiples oportunas que ayuden al alumno en herramientas factibles de ser empleadas ese proceso. en los más variados temas escolares, con ● No explicará cómo se pueden resolver el propósito de facilitarle al alumno el los problemas, sino que proporcionará proceso de entender y comprender. ayudas y estímulos a los alumnos, Como parte de esta generación de para que por medio del ensayo y error herramientas se encontró a scratch, la (lo cual es muy fácil de trabajar en cual es un lenguaje de programación scratch) pueda concluir las mediante bloques autoencajables que actividades. sería buena opción de implementar en ● Planteará tareas que poseen el situaciones problemáticas en diversas suficiente atractivo o la suficiente materias, como da cuenta la literatura a 183 este respecto; es claro que scratch ha programación ya que se interactúa de logrado una amplia aceptación por parte manera gráfica mediante la manipulación de docentes de todo el mundo. de bloques autoencajables, evitando así, Scratch puede ayudar al alumno a superar el uso de sintaxis precisas; por lo que se la falta de comprensión de temas que le concluye que puede ser aplicada a la pueden resultar complejos. Como se ha materia de algoritmia, utilizando la constatado son varios los casos aquí metodología que se ha planteado en una presentados en los que los docentes sección anterior. refieren haber obtenido buenos resultados Referencias mediante su uso, en particular en el área Ávila, W. (2013). Hacia una reflexión histórica de programación de computadoras. De de las TIC. Hallazgos, 10(19), 213-233. igual forma, fueron detectadas otras Collí, B. (2017). Desarrollo de un software razones de importancia que justificarían educativo para apoyo en inglés y maya su empleo, como es el hecho de que es mediante el uso del Kinect. Mérida, una herramienta que está en constante Yucatán, México. evolución lo que nos indica que no es una Dania, C., & Marchisio, S. (2013). TIC que pasará de moda como muchas Modalidades de percepción sensorial de otras, esto nos habla de que tiene un gran estudiantes de Ingeniería en Sistemas de Información. Aportes al diseño de respaldo y del mismo modo cuenta con material didáctico para la enseñanza de una gran comunidad de usuarios y foros lo la Algoritmia. Invenio, 17(31-32), 215- cuales te permitirán aprender, así como 228. también aclarar dudas de su uso y Duart, J. (2008). El valor de las TIC en compartir experiencias con otros usuarios educación superior. RUSC. Universities a nivel mundial. Scratch, implementa los and Knowledge Society Journal, 5(1). conceptos considerados difíciles de Durak, H. (2018). The Effects of Using entender por parte del alumno, al ser un Different Tools in Programming Teaching lenguaje de bloques no utiliza sintaxis y su of Secondary School Students on interfaz es muy intuitiva. De igual modo, Engagement, Computational Thinking existe evidencia concluyente de que esta and Reflective Thinking Skills for Problem Solving. Technology, herramienta es benéfica, para formar Knowledge and Learning. percepciones positivas sobre la Fuentes Pérez, A. (2017). Desarrollo y programación de computadoras. evaluación del pensamiento En función de todo lo expuesto, se llega a computacional: una propuesta la conclusión que scratch es una metodológica y una herramienta de herramienta que cumpliría con los apoyo (Tesis de licenciatura). objetivos plasmados que son introducir al Universidad de la Laguna, San Cristobal de La Laguna, España. estudiante al mundo de la programación Gandy, E., Bradley, S., Brookes, D., & Allen, de una manera amena, motivadora, N. (2010). The use of LEGO Mindstorms simple, pero eficiente, sin exigir NXT Robots in the Teaching of conocimientos avanzados de Introductory Java Programming to 184 Undergraduate Students. Innovation in https://cdn.educ.ar/dinamico/UnidadHtml Teaching and Learning in Information __get__54caa67c-5847-4be3-bbb9- and Computer Sciences, 9(1). 5db9342bd51c/pdf/lenguajes_de_progra doi:10.11120/ital.2010.09010002 macion_5.pdf Isuri Sormenezko Zerbitzuak Servicios Tec, B., Uc, J., González, C., García, M., Creativos. (2018). Isuri. Obtenido de Escalante, M., & Montañez, T. (2010). Guía Didáctica para Profesores. Análisis Comparativo de dos Formas de www.isuriarte.com. Enseñar Matemáticas Básicas: Robots Janeiro, E. (2016). Scratch y videojuegos LEGO NXT y Animación con Scratch. aplicados a la enseñanza de la Conferencia Conjunta Iberoamericana geometría. (Tesis de Maestría). Del sobre Tecnologías de Aprendizaje. repositorio digital de la Universidad Mérida. Internacional de la Rioja. Vigo. Uludag, S., Karakus, M., & Turner, S. (2011). MIT Scratch Team. (s.f.). Scratch. Obtenido Implementing IT0/CS0 with scratch, app de https://scratch.mit.edu/ inventor for android, and lego Muñoz, R., Barcelos, T., Villarroel, R., Barría, mindstorms. SIGITE Conference. M., Becerra, C., Noel, R., & Frango, I. UNESCO. (2014). Políticas TIC en los (2015). Uso de Scratch y Lego sistemas educativos de América Latina. Mindstorms como apoyo a la docencia en En Informe sobre tendencias sociales y Fundamentos de programación. Actas educativas en América Latina. (págs. 16- de las XXI Jornadas de la Enseñanza 31, 217-219, 248-258). Buenos Aires: Universitaria de la Informática (págs. UNESCO. 248-254). Universitat Oberta La Salle. Vidal, C., Cabezas, C., Parra, J., & López, L. Rizvi, M., Humphries, T., Major, D., Jones, M., (2015). Experiencias Prácticas con el & Lauzun, H. (Enero de 2011). A CS0 Uso del Lenguaje de Programación course using Scratch. J Comput Sci Coll, Scratch para Desarrollar el Pensamiento 26(3), 19–27. Algorítmico de Estudiantes en Chile. Scratch Wiki. 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Obtenido de 185 Perspectiva de diseñadores instruccionales sobre los elementos pedagógicos del diseño instruccional para potenciar la construcción de ambientes virtuales de aprendizaje Uribe Olivares Nadia Sarahi1, Aldeco García Alejandra2, González Basilio Sofía de Jesús3 , Orza Teresa4 nadiaurol@gmail.com 1, ale.aldeco@gmail.com2, sofia.gonzalez@uan.edu.mx3, ttordaz@gmail.com4 Resumen La presente investigación tiene como objetivo el analizar las diferentes perspectivas de diseñadores instruccionales de diferentes instituciones de educación superior (IES) dedicadas a ofrecer educación a distancia con el fin de conocer los elementos pedagógicos utilizados frecuentemente en el diseño instruccional para la generación de un aprendizaje significativo para poder tener un fundamento para la elaboración y fortalecimiento del modelo de educación virtual de la Universidad Autónoma de Nayarit, utilizando el método fenomenológico para visualizar de manera objetiva las diferentes miradas de la educación a distancia. Palabras clave: diseñador instruccional, elementos pedagógicos, Instituciones de educación superior.1. Introducción decenio del siglo XXI genera desafíos La integración de las tecnologías al para la educación superior, “la tecnología ámbito de la educación es una realidad puede ser ahora un instrumento formativo, que exige el desarrollo de competencias generador de personas resolutivas y digitales en docentes, estudiantes y los creativas preparadas según las demandas actuales” (p.4), el sujetos relacionados con el desarrollo de las instituciones. Mediar las tecnologías conocimiento es ubicuo por lo tanto la con procesos pedagógicos se ha vuelto un enseñanza tiene que salir del aula, las desafío para los educadores en los estructuras formales de educación no diferentes niveles educativos, es pueden dar respuesta a tantas indudable que este proceso es complejo necesidades de adaptación progresiva en dado a las diferentes resistencias que un mundo de cambio y creciente demanda interfieren con las instituciones y sus en la educación. actores. En las últimas décadas existen una serie Fainholc (2016) expresa como la de circunstancias en el mundo que obliga aceleración histórica y el avance a replantear los procesos educativos, tecnológico arrollador en este segundo Aretio citando a Tedesco (2007) menciona 186 la profundidad del proceso del cambio formación pedagógica en entornos social que tiene lugar actualmente, virtuales que permita el fortalecer los reformulando las preguntas básicas sobre procesos educativos de sus estudiantes. los fines de la educación, sobre quiénes En aras de lo anterior, se reconoce el asumen la responsabilidad de formar a las diseño instruccional como elemento nuevas generaciones y la sociedad que se básico para lograr el desarrollo de desea trasmitir (p.40) lo que implica el competencias tanto disciplinares, pensar una nueva percepción de los profesionales y genéricas. curricular hasta el proceso de enseñanza- La transformación del aprendizaje es aprendizaje. ahora una experiencia vivencial que debe En este sentido, hablar de nuevos de tener en cuenta un docente que procesos educativos permite reflexionar participa en entornos virtuales de sobre la educación a distancia (EAD) enseñanza - aprendizaje la evolución de siendo la modalidad “que desde su los modelos tecnológicos de aprendizaje nacimiento ha mostrado una mayor ahora centra su atención en las predisposición a asumir las innovaciones experiencias del usuario siendo ahora el tecnológicas” (Aretio, Corbella y Figaredo, campo disciplinar una parte de un nuevo 2007) por lo que es ahora una guía en la enfoque integral enfocado a desarrollar cual es posible valerse para formar competencias transversales. ciudadanos. La Universidad Autónoma de Nayarit Para llevar a cabo estos nuevos procesos como institución de educación superior en formativos los docentes deben adaptarse el estado de Nayarit, presenta una serie a un mundo cambiante y deben formar a de problemáticas dentro del desarrollo de sus estudiantes sin saber qué esperar sus programas en línea, mostrando una para el mañana y, sin embargo, ofrecer los falta de guía para los docentes al recursos y competencias necesarias para momento de realizar su planeación y poder adaptarse a la sociedad cambiante diseño instruccional en los dos programas del siglo XXI (Edutrens, 2017). El rol del educativos con los que se cuenta: Gestión profesor implica además de centrarse en empresarial y Administración pública. el campo disciplinar y el aporte de Los docentes demuestran deficiencias en información, orientar en los procesos los aspectos pedagógicos como lo es la formativos de los estudiantes hacia el didáctica que es medular su práctica reconocimiento de su propio aprendizaje. educativa dentro de los entornos virtuales, En la educación virtual lograr la autonomía esto nos lleva a identificar aspectos como en el aprendizaje es un reto, el diseño lo es la formación base de los académicos instruccional debe ser activo para el en las instituciones educativas, no contar estudiante con el fin de que este construya con cuadros institucionales de formación y su propio conocimiento. un procesos de seguimiento en los El docente además de ser profesional en procesos de capacitación, lo cual genera su área del conocimiento requiere una la necesidad de reconocer los elementos 187 necesarios para fortalecer los entornos pedagógicas dentro de la educación virtuales en los cuales se desarrollan, virtual. puesto que el ser docente virtual requiere 1. Metodología herramientas de mediación pedagógica distintas a las que componen la educación Esta es una investigación básica de presencial. enfoque cualitativo. Se trata de una investigación de tipo cualitativa puesto A lo largo del territorio nacional existen que analiza los elementos pedagógicos instituciones que cuentan con programas del diseño instruccional y cómo estos a distancia, teniendo docentes favorecen la construcción de entornos especializados en llevar a cabo sus clases virtuales. dentro de la virtualidad, esto brinda la oportunidad de conocer la perspectiva de La investigación cualitativa es pertinente los diseñadores instruccionales para para este estudio debido a que se generar una serie de elementos fundamenta en el marco interpretativo, pedagógicos necesarios para fortalecer este permite el buscar conocer los los entornos virtuales, el tener opiniones significados que los individuos dan a su externas dan la oportunidad de generar un experiencia y lo importante es aprender el juicio de valor respecto a las carencias proceso de interpretación por el que los dentro de la educación virtual en la participantes define su mundo y actúa en Universidad Autónoma de Nayarit (UAN) consecuencia (Sampieri, 2006). Existen metodologías emergentes que Se trata de un estudio fenomenológico permiten incorporar elementos de puesto que se busca descubrir por medio innovación en el ámbito educativo de la entrevista a diseñadores partiendo desde los contextos instruccionales qué elementos institucionales, la necesidad de cambio en pedagógicos fortalecen el diseño los docentes se hace presente en diversas instruccional, el enfoque teórico que se universidades del mundo por lo que utilizara debido a las características del integrar elementos pedagógicos estudios es el de Edumun Hussel pues innovadoras es cada vez más común. según Soto y Vargas (2017) establece que el investigador debe partir realizando una La UAN cuenta con un Centro reducción histórica de sus experiencias, Especializado en Educación Virtual con el fin de lograr un juicio objetivo y (CEEV) el cual es el encargado de atender neutral que permita acceder a una los Programas Educativos Virtuales, los conciencia pura, de esta forma el docentes que son parte se pretenden fenómeno se constituye a través de la sean beneficiados con el resultado de la percepción directa o intuición clara de la investigación, pues se tendrá tanto la conciencia logrando de esta forma perspectiva institucional como la externa establecer una relación con las para generar un documento fundamental perspectivas de los diseñadores que guíe las buenas prácticas 188 instruccionales que se pretenden ● Trabajen en el área de diseño entrevistar. instruccional 2.1. Universo y muestra ● Sean parte de un programa virtual El presente estudio se realizará en la acreditado Universidad Autónoma de Nayarit, Para llevar a cabo las entrevistas sobre institución dedicada a brindar todos los los elementos pedagógicos que niveles educativos, siendo el nivel componen el diseño instruccional serán superior su principal función. Se compone considerados sujetos que: de 69 programas educativos de ● Trabajen en el área de diseño licenciatura, 2 profesional asociado, 4 instruccional Unidades Académicas foráneas en 4 municipios del estado y 15 preparatorios ● Sean parte de un programa virtual con bachilleratos universitarios, así como acreditado opciones de posgrado y espacialidades ● Cuenten con formación en el área en diferentes Áreas del conocimiento. pedagógica La UAN cuenta con un Centro La selección de documentos a analizar se Especializado en Educación Virtual realizará en base a los programas de (CEEV). Oferta dos licenciaturas virtuales: estudio virtuales que cuenten con una Gestión empresarial y Administración acreditación de calidad. Pública, las cuales tienen como objetivo ampliar la oferta educativa y tener una mayor cobertura dentro del país. 2.3. Material y método El tipo de muestreo será por conveniencia. El protocolo de investigación será Se entrevistará al personal encargado del sometido al Comité de Investigación de la diseño instruccional del CEEV. Así mismo, Facultad de Informática, UAQ. Las se elegirá una muestra diseñadores técnicas utilizadas para la recogida de instruccionales de diversas instituciones datos serán entrevistas de educación superior que ofertan semiestructuradas. Una vez que se programas en línea acreditados por el cuente con la aprobación del Comité se Instituto Latinoamericano y del Caribe de procederá a validar el instrumento de Calidad en Educación Superior a recolección de datos y se comenzará la Distancia (CALED). investigación documental. 2.2. Criterios de inclusión 2.4. Instrumento Para realizar el análisis sobre el perfil El instrumento será realizado ex profesional de diseñadores profesores para este estudio. Se plantean instruccionales externos serán una serie de preguntas detonadoras que considerados sujetos que: guíen una entrevista semi-estructurada 189 para los diseñadores instruccionales. Se ETAPA 3. Análisis de resultados de la validará por medio de expertos. información obtenida de las entrevistas La recolección de datos contempla el realizadas a los diseñadores cumplimiento de tres etapas: instruccionales de las diferentes instituciones seleccionadas, así como de ETAPA 1. Analizar los perfiles de los modelos educativos virtuales. diseñadores instruccionales de la Universidad Autónoma de Nayarit y otros ETAPA 4. Construcción de documento centros especializados en la EAD. fundamental para el desarrollo pedagógico de diseño instruccional UAN. B. Entrevistas a diseñadores instruccionales del Centro Especializado En función de los diversos datos en Educación Virtual, así como de otras recolectados en las etapas anteriores se Instituciones. generará un documento guía para los docentes involucrados en la educación C. Análisis de la práctica pedagógica virtual de la UAN. utilizada en el diseño instruccional de los programas en línea de la UAN. 3. Resultados Esta etapa permitirá conocer los Como resultado de esta investigación elementos pedagógicos utilizados en la se pretende obtener un diagnóstico de los práctica educativa virtual en la actualidad. elementos pedagógicos presentes en el modelo de educación virtual de la UAN. ETAPA 2. Análisis de elementos Asimismo, es propósito de esta pedagógicos presentes en modelos investigación documentar los elementos educativos virtuales pedagógicos que se integran en modelos Selección de instituciones de educación de educación virtual acreditados y superior virtual acreditadas por reconocidos por su calidad. organismos nacionales y/o A partir de lo anterior, se generará un internacionales en América Latina. análisis de cuáles fueron los elementos Entrevistar a actores educativos identificados y cómo éstos favorecen la involucrados en el diseño instruccional construcción de entornos virtuales de para educación virtual aprendizaje. Análisis de la práctica pedagógica Estos hallazgos se concentrarán en un utilizada en el diseño instruccional de IES documento fundamental que acompañe a los docentes de programas virtuales de la El desarrollo de la segunda etapa UAN en la elaboración de sus diseños permitirá conocer y comparar diferentes instruccionales. modelos de educación virtual y qué elementos pedagógicos incorporan en su Del proceso anterior, se derivan los práctica educativa. siguientes productos de investigación: memoria en extenso y participación en congreso internacional, además se 190 contempla la participación semestral en Referencias coloquios de investigación. Este trabajo Aretio, L. G., Corbella, M. R., & Figaredo, D. tendrá como resultado la elaboración de D. (2007). De la educación a distancia una tesis que aporte a la construcción de a la educación virtual. Ariel. entornos virtuales de aprendizaje de Esteban-Albert, M., & Zapata-Ros, M. (2016). calidad dentro del posgrado Maestría en Estrategias de aprendizaje y Innovación y Entornos Virtuales de eLearning. Un apunte para la Enseñanza Aprendizaje. fundamentación del diseño educativo 4. Discusión en los entornos virtuales de aprendizaje. Revista de educación a La educación como proceso estático distancia. ha cambiado, el superar las limitaciones Fainholc, B. (2016). Presente y futuro espaciotemporales es una característica latinoamericano de la enseñanza y el de pertinencia para los que se dedican a aprendizaje en entornos virtuales la educación, el saber y la localización no referidos a educación universitaria. son impedimentos para llevar a cabo Revista de Educación a Distancia, procesos formativos, demostrando que (48). el conocimiento es ubicuo. García Aretio, L. (2012). Sociedad del La educación a distancia ha sido la conocimiento y educación. modalidad que desde su nacimiento ha Guzmán Flores, T., & Escudero Nahón, A. mostrado una mayor predisposición a (2016). Implementación del Sistema asumir la innovación tecnológica (García Multimodal de Educación de la Aretio, 2007) es por ello que la Universidad Autónoma de Querétaro, introducción de las nuevas tecnologías México. de información y comunicación justifican Hernández Sampieri, R., Fernández Collado, el desarrollo de nuevas estructuras de C., & Baptista Lucio, P. (2006). formación. Metodología de la investigación (Vol. 3). México: McGraw-Hill. La necesidad de combinar educación con la virtualidad ha modificado la Plan de Desarrollo Institucional 2016-2022, concepción de docente y de estudiante y Universidad Autónoma de Nayarit. por ende cómo estos visualizan el Sánchez Altamirano, Á. E. (2017). Creatividad proceso de enseñanza-aprendizaje y su influencia en el aprendizaje de dentro de entornos virtuales. corte y encintados de cabello a estudiantes de la unidad educativa 5. Conclusiones técnica la alborada, cantón Milagro, La evolución del conocimiento modifica provincia Guayas. la forma de enseñar y de aprender, por lo Santiago Benítez, G., Caballero Álvarez, R., que las prácticas tradicionales ya no Gómez Mayén, D., & Domínguez pueden responder a lo que se requiere en Cuevas, A. (2013). El uso didáctico de el siglo XXI. las TIC en escuelas de educación básica en México. Revista 191 Latinoamericana de Estudios (2017). La Fenomenología de Husserl y Educativos. México. Heidegger. Soto Núñez, C. A., & Vargas Celis, I. E. 192 Diseño y aplicación de una secuencia didáctica en modalidad virtual para la mejora de la comprensión lectora de textos matemáticos en estudiantes universitarios Ruiz Vera Iliana1, Olmos Trejo Carlos2, Riquelme Odi Juan3, Ortiz Flores María4 irve.1307@gmail.com1, caolmos@uaq.mx2, juan.riquelme.odi@hotmail.com3, mariaortizfloress@gmail.com4 Resumen El presente artículo expone un planteamiento que gira en torno a mejorar los niveles de comprensión lectora de textos matemáticos en estudiantes universitarios, debido a que son fundamentales y de rigor durante su carrera escolar y desarrollo profesional. Se pretende mejorar la comprensión lectora, para transformarse en una competencia inherente al estudiante que le será de utilidad durante su proceso educativo y a lo largo de su desarrollo profesional y laboral. Por su naturaleza, será más compleja una comprensión lectora a nivel universitario por el tipo de lecturas especializadas y científicas. En respuesta a esta problemática, se apunta hacia soluciones educativas. Tomando en cuenta que, en la actualidad, se puede hacer uso de diversas herramientas tecnológicas que dan soporte a los procesos de enseñanza – aprendizaje y potencian la construcción de conocimientos, el presente planteamiento se sustenta en el diseño de una secuencia didáctica mediada por Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) basada en Learning Management System (LMS) dentro del entorno virtual Moodle. Lo anterior, con el objetivo de mejorar la comprensión lectora de textos matemáticos de los estudiantes del área básica de la División de Ingenierías, Campus Irapuato Salamanca de la Universidad de Guanajuato, a través del incremento de los niveles literal, inferencial y crítico, después de utilizar dicha herramienta. Con base en una metodología cuantitativa con diseño cuasi experimental, se identificará, por medio de pretest, el nivel de habilidades de comprensión lectora en un grupo de 30 estudiantes cursando área básica de ingenierías. Posteriormente se realizará el diseño de la secuencia didáctica y su aplicación al grupo muestra para, consecutivamente medir, a través de un postest similar al pretest, los niveles de comprensión lectora, buscando un incremento en la comprensión lectora de textos matemáticos. De esta manera se espera que los resultados permitan fortalecer una de las bases del desarrollo universitario y profesional de los alumnos de dicha institución. Además de apreciar un panorama sobre el bajo nivel de comprensión lectora de textos matemáticos que presentan, logrando un mayor alcance en su contexto y aportando información a nuevas investigaciones en el mismo campo de estudio, así como a la búsqueda de cifras y estadísticas sobre esta problemática en la educación universitaria en el país. 193 Palabras clave: comprensión lectora, textos matemáticos, educación universitaria, secuencia didáctica virtual, moodle, learning management system. 1. Introducción Universidad de Guanajuato, existen cinco La relevancia del presente estudio se cursos en línea relacionados a la basa en la necesidad de aumentar los comprensión lectora de textos: niveles de comprensión lectora de textos ● Español I matemáticos, de los estudiantes del área ● Español II básica de la División de Ingenierías Campus Irapuato Salamanca, de la ● Lenguaje y Comunicación Universidad de Guanajuato. Dicha ● Literatura necesidad atiende al fundamento de la ● Comunicación comprensión lectora como una competencia fundamental y de rigor, Esta gama de cursos incluye el tema de durante su carrera escolar y desarrollo comprensión lectora como un capítulo y profesional. de manera general, es decir, no existe un curso exclusivo de comprensión lectora Por la naturaleza de las carreras en general ni específico de comprensión universitarias de la institución es lectora de textos matemáticos. indispensable el desarrollo de la comprensión lectora de textos de índole Como antecedentes, se seleccionaron matemático, a través, de los niveles literal, diversos documentos, relativos al tema inferencial y crítico. que envuelve la presente investigación: En el primero, se reconocen las frases y En primer lugar, se observó que, en el palabras clave, mientras que, en el trabajo “Acercando el ingreso universitario segundo, el lector puede deducir más allá a la escuela secundaria: comprensión de de lo explícito, relaciona y agrega textos con tecnología móvil” de Ponce et. información con lo que conoce, formula al. (2017), se detectaron dificultades de preguntas y pasa al tercer nivel, donde comprensión lectora en alumnos justifica el texto, argumenta a favor o en ingresantes a la Universidad. contra y evalúa de acuerdo con su Posteriormente, se evaluó una propuesta percepción y conocimiento (Gordillo y de mejora mediada por tecnología y se Flórez, 2009). De este modo se abre la observó el comportamiento post posibilidad para transformarse en una evaluación. competencia inherente al estudiante, que le será de utilidad durante su proceso La actividad de comprensión lectora se educativo en la Universidad y a lo largo de aplicó a tres escuelas con 10 preguntas, 3 su desarrollo profesional y laboral. de tipo literal y 7 de tipo inferencial, arrojando resultados donde la mayoría de En el catálogo de cursos a distancia las respuestas fueron incorrectas, en disponibles para los alumnos de la particular en las preguntas inferenciales, 194 que suponen una lectura más profunda que la literal. En el trabajo de Muñoz (2015) titulado “La comprensión lectora a través del uso de las tecnologías de la información y la comunicación”, se realizaron pruebas a Figura 2. Porcentaje posterior de alumnos de estudiantes de grado séptimo en la acuerdo con cada nivel de comprensión lectora. Institución Educativa Técnica Fuente: Elaboración propia. Agropecuaria Mariano Melendro de la Bajo el mismo orden y en cuanto a Ciudad de Ibagué. Para dicho estudio se habilidades de comprensión lectora aplicaron guías didácticas en línea que dentro del campo matemático en mejoraron la comprensión lectora con su universitarios, López (2016) identificó uso. resultados positivos que ayudaron a Los análisis previos a la aplicación de las visualizar las habilidades de comprensión guías didácticas indicaron que las lectora. preguntas literales fueron las que en su Consecutivamente se documentó un mayoría lograron resolver. De dichas diagnóstico de dichas habilidades que preguntas, se obtuvieron los siguientes facilitan la resolución de problemas en resultados que permitieron apreciar el alumnos de la carrera de Ingeniería de la aumento de nivel de comprensión lectora Universidad de Piura. después del uso de las guías didácticas: Se evidenció en cifras la poca destreza de los estudiantes para lograr la habilidad matemática de comprobación de resultados. Se obtuvo que 31% consiguió alcanzarla, esto se relaciona con las habilidades lectoras, 55% alcanzan la habilidad de verificación, 41.5% la de evaluación y metacognición del texto y el 56% la de resumen. Para complementar el análisis de la Figura 1. Porcentaje previo de alumnos de relación entre comprensión lectora y acuerdo con cada nivel de comprensión lectora. Fuente: Elaboración propia. solución de problemas matemáticos, se profundizó en la investigación de Silva del año 2014, la cual muestra, precisamente, Como se puede apreciar, se situó el 0% una correspondencia entre la de los alumnos en el nivel alto y nivel comprensión lectora con la correcta superior de comprensión lectora. solución de problemas matemáticos. 195 Los resultados obtenidos de comprensión Dicho estudio deriva en los procesos de lectora de textos matemáticos a nivel lectura del texto de ficción y los niveles de literal fueron en un 80% deficiente, a nivel evaluación de competencia lectora de inferencial solo se situó un 20% pruebas PISA. De modo que genera una significativo y 100% no llegó al nivel propuesta didáctica para facilitar la crítico. comprensión de dicho género en escuelas Entre las investigaciones de la secundarias. Universidad de Guanajuato se 2.- “Exigencias temporales de la tarea encontraron dos documentos comprensivo-lectora y el tiempo destinado relacionados al tema de comprensión por profesores y estudiantes universitarios lectora: para su realización”, escrita por Murillo en 2006 que, a pesar de ser poco reciente, es 1.- El primero, “La Lectura simultánea como estrategia para la mejora de la un estudio que brinda un punto de vista comprensión lectora”, realizada por sobre la ausencia del tema en la Granados (2016) abarca aspectos sobre institución en estos años. la lectura simultánea, presentada como Relaciona la comprensión lectora de una estrategia de mejora de la textos expositivos utilizados en psicología comprensión lectora. con la falta de tiempo en las actividades 2.- El segundo, que es menos reciente, de lectura. De lo cual se obtiene que dicho escrito por Rayas en 2012, bajo el título factor influencia la incomprensión, poco “Mapas mentales como herramienta para más del 50% del alumnado lee sólo la facilitar la comprensión lectora”, analiza el mitad de los textos. efecto de los mapas mentales como Con base en los escritos analizados herramienta didáctica para evaluar previamente, es preciso mencionar que la cambios de mejora de comprensión de incomprensión de problemas, la textos. incorrecta solución de ejercicios, las La fecha poco actual de este estudio tareas mal realizadas, surgen por la dificultad para leer correctamente una permite observar la falta de investigación en esta temática en la institución desde indicación o enunciado. hace años. En correspondencia con lo anterior, Por último, se analizaron dos García (2014), menciona que las investigaciones de la Universidad dificultades de lectura llevan a no Autónoma de Querétaro (UAQ): comprender la información que se presenta textualmente y propicia el bajo 1.- “Análisis de la estructura del relato rendimiento académico, puesto que la como guía a partir de los niveles de lectura es esencial en cualquier área de reflexión y evaluación durante el proceso estudio. de lectura”, realizada por González en 2015 en la Facultad de Lenguas y Letras. El problema se ve reflejado en altos índices de reprobación, analfabetismo en 196 el país, desmotivación y deserción 43.4% de escuelas públicas. En escolar. En palabras de Aguayo et. al. secundaria 44.5% en privadas contra (2013) los estudiantes presentan 18.2% en las públicas. En educación problemas en matemáticas y se media, un 54% en las privadas y 50% en desmotivan por no poder solucionarlos, escuelas públicas (Gutiérrez et. al., 2015). saben la fórmula, pero no pueden Este problema permea en la educación diferenciar términos o desarrollar universitaria, si se inicia con bases planteamientos adecuados sobre ésta. débiles, será un problema persistente en A nivel universitario es una problemática a los siguientes niveles. De acuerdo con las la cual no se le ha dado la atención cifras anteriores, si el porcentaje de necesaria. Según Díaz y Quiroz (2016), la preparatorias tanto públicas y privadas preocupación de esta problemática se ronda el 50%, es posible que manifiesta por parte de las universidades, aproximadamente la mitad de los alumnos al detectar las carencias de comprensión que ingresan a la Universidad, se verán lectora desde que ingresan y afectados por la carencia de comprensión posteriormente en los siguientes lectora. semestres. Además, independiente a la La evaluación PISA de la OCDE de 2015 carrera que cursan, los estudios del mostró resultados de México con un Ministerio de Educación Nacional promedio de 416 puntos, muy debajo de afirmaron en 2010 que esto es una de las sus estándares en cuanto a ciencias, principales causas de deserción escolar a lectura y matemáticas comparado a los nivel superior. 492 puntos de los 34 países analizados. En los últimos años, se ha observado una Esto va de la mano con los tipos de textos escasez de comprensión lectora, por los que los mexicanos leen, de acuerdo con estudiantes de distintos niveles CONACULTA en 2015, un 45% afirmó educativos, convirtiéndose en un grave que en muchas ocasiones no comprende problema para la educación en México. lo que lee. También se señalan como Por una parte, es común que se detecten textos favoritos para leer La Biblia y 50 en primaria, secundaria y preparatoria, sombras de Grey (Economía Hoy, 2015). por lo que existe mayor cantidad de Los mexicanos han obtenido un promedio estudios. Dicha información evidencia las muy bajo en materias de ciencias como bases débiles con que se ingresa desde matemáticas y lectura. Se precisa que, de los niveles básicos previos a la lo poco que leen, los textos no son de área universidad. científica o escolar, además de no Un ejemplo de los bajos resultados es la comprenderlos en su totalidad. Según la prueba ENLACE aplicada a primaria, OCDE, en matemáticas, el promedio secundaria y preparatoria. En 2012 se nacional fue el más bajo de todos con 408 observó el porcentaje de alumnos que puntos frente a los 490 del promedio lograron la comprensión lectora: en (Economía Hoy, 2016). primarias privadas fue de 61.3% contra 197 Es preocupante que, de acuerdo con el necesarias para la formación educativa y artículo de la revista SinEmbargo (2018), profesional del universitario, los mexicanos de 18 años en adelante que independiente a la carrera que cursa. están ubicados en estudios universitarios, (CENEVAL, 2018). 55% declaró no haber leído ningún libro el Dicho examen fue aplicado recientemente último año. Tomando en cuenta que el en la Universidad de Guanajuato, según el porcentaje de mexicanos que leen fue de informe anual 2017 – 2018 del Rector 76.4% en febrero de 2018, el 58% de los General. Dicha evaluación la presentaron mexicanos de 18 años en adelante 272 estudiantes distribuidos en los aseguró comprender la mayor parte de lo Campus Celaya- Salvatierra, Guanajuato que lee, 20.4% todo, 16.2% la mitad y y León. El porcentaje que obtuvo nota 5.4% poco. satisfactoria fue de 46.69%, es decir, Lo anterior sitúa a la comprensión total de menos del 50% logró un desempeño textos únicamente en ese 20.4% y según sobresaliente (Universidad de el estudio, el uso de textos universitarios Guanajuato, 2018). solamente es de 33.6%. Se observa que la prueba no se aplicó ni En cuanto a comprensión lectora se aplica al Campus Irapuato Salamanca, matemática en México, los resultados de donde se encuentra la División de la prueba PISA de 2016, muestran que Ingenierías, por lo cual no existen casi la mitad de los alumnos mexicanos de suficientes datos que brinden información 15 años no pueden usar fórmulas o aplicar sobre la situación de comprensión lectora reglas matemáticas. Además, no son de estudiantes de esta división. Sin capaces de hacer inferencias sobre embargo, con los resultados del fenómenos propios de la ciencia, ni ECCyPEC, se da una muestra acerca de reconocer la importancia y aplicación de la situación lectora en la Universidad de las matemáticas en el mundo. Guanajuato. (Castañeda, 2016). Retomando el antecedente sobre los En la Universidad de Guanajuato, se tiene cinco cursos virtuales de la Universidad de como base un indicador de comprensión Guanajuato, que se mencionaron lectora, pero no es aplicado a todos los anteriormente, relacionados al tema, Campus y Divisiones. Se trata del Examen ninguno posee contenidos específicos de Competencia Comunicativa y para la comprensión lectora de textos Pensamiento Crítico Nivel Licenciatura matemáticos, que utilizarían idóneamente (ECCyPEC), elaborado por el Centro los estudiantes de ingenierías en su área Nacional de Evaluación para la Educación básica. Superior (CENEVAL). De acuerdo con lo Dado lo anterior, es evidente la carencia establecido en su sitio web, evalúa el nivel de una secuencia didáctica especializada de conocimientos y habilidades de en comprensión lectora de textos comprensión lectora, expresión escrita y matemáticos, que puedan utilizar los pensamiento crítico, consideradas 198 estudiantes de ingenierías mientras aportará una base estadística fuerte para cursan sus materias de área básica. Dicha la evaluación cuantitativa de los datos herramienta podría aportar mejoras en el obtenidos en relación con la aplicación del rubro matemático y/o de lectura en la instrumento. institución. 2.1. Fase I: Pretest 2. Metodología Se realizará una prueba diagnóstica El estudio se realizará en la División de (pretest) a los estudiantes muestra, para Ingenierías del Campus Irapuato identificar el nivel de comprensión lectora Salamanca, perteneciente a la en el cual se encuentran, debido a la Universidad de Guanajuato, ubicada en el importancia de obtener resultados previos municipio de Salamanca. a las fases de diseño e implementación. Se ejecutará un estudio cuantitativo con La valiosa aportación de los resultados del diseño cuasi experimental con el objetivo pretest es destacable porque va a permitir de medir niveles de comprensión lectora y conocer qué porcentaje de la muestra se obtener datos numéricos, a través del encuentra en cada nivel de comprensión diseño e implementación de una lectora y de esta manera, se podrá diseñar secuencia didáctica en modalidad virtual. la secuencia didáctica de acuerdo con las Dicha secuencia se aplicará a un grupo de deficiencias observadas y las 30 estudiantes, que cursan el área básica necesidades de aprendizaje detectadas. de ingenierías de dicha institución, con 2.2. Fase II: Diseño de la secuencia sexo indistinto y un rango de edades entre didáctica 19 y 23 años. Los participantes serán Se procederá al diseño de la secuencia elegidos con base en los siguientes didáctica, la cual contendrá una serie de criterios de inclusión: actividades de comprensión lectora para •Mujeres y hombres textos matemáticos, como los que utilizan •Edad entre 19 y 23 años en área básica los alumnos de ingenierías. •Alumnos inscritos de la División de Ingenierías Campus Irapuato Salamanca La base metodológica de aprendizaje – UG. estará centrada en el estudiante, así como el uso de “E actividades”. Silva et. al. •Pertenecientes a las carreras de: (2015), menciona respecto a éstas, que Ingeniería Mecánica, Eléctrica, muestran indicaciones, objetivos, Electrónica, Sistemas Computacionales contienen recursos digitales y y/o Mecatrónica, que se encuentren herramientas en alguna plataforma virtual. cursando área básica. Por otra parte, indican la descripción, Como se puede apreciar, el tipo de tiempos, modo de evaluar, bibliografía, muestreo será por aleatorización simple, entre otras. puesto que de esta manera la muestra 199 Las actividades serán adaptadas a los orientados a facilitar la experiencia de contenidos de comprensión lectora de capacitación a distancia…” (Universidad textos matemáticos y elaboradas bajo Internacional de Valencia, 2018, p.3). diseño propio, buscando complementar Dichos espacios son útiles para gestionar los niveles de lectura literal, inferencial y el aprendizaje y diseñar entornos virtuales crítico. de aprendizaje (EVA), centrándose específicamente en el alumno con Los textos matemáticos utilizados, se métodos innovadores. seleccionarán considerando las 2.3. Fase IV: Postest características, el contexto, los criterios Después de la fase de implementación curriculares y pedagógicos establecidos de la secuencia didáctica virtual, será bajo las especificaciones de los preciso medir los resultados obtenidos programas de estudio de ingenierías del para determinar hasta qué punto la Campus Irapuato Salamanca de la implementación resultó acorde a los Universidad de Guanajuato. objetivos de la investigación. Este proceso La validación de la secuencia didáctica se realizará a través de una prueba será realizada por expertos, considerando evaluativa o postest, de igual manera que las dimensiones a evaluar serán de aplicada a los alumnos muestra que será acuerdo con los siguientes aspectos: similar al pretest, lo cual permitirá • Pedagógico: Diseño instruccional, comparar los resultados previos y los motivación, claridad, actividades, posteriores, detectando de esta manera si interacción, retroalimentación, medios. hubo cambios en cada nivel de comprensión lectora después de utilizar • Contenido: Actualidad, relevancia, dicha herramienta y evaluando si se amplitud y profundidad. generaron incrementos. • Producción: Calidad de imagen, 3. Resultados calidad de texto, integración de los medios, seguridad de la información. Mediante los resultados del pretest y postest, se arrojarán datos para • Tecnológico: Usabilidad, determinar hallazgos y relaciones que se interactividad, efectividad, navegación y documentarán en un esquema. Los control. resultados servirán para comparar, así como identificar diferencias y coincidencias, en el proceso de 2.3. Fase III: Implementación de la aprendizaje de comprensión lectora de secuencia didáctica textos matemáticos. La implementación se hará usando un Se espera, que el diseño y aplicación de LMS, acrónimo en inglés de Learning la secuencia didáctica, fortalezca una de Management System, los cuales son las bases del desarrollo universitario y “espacios virtuales de aprendizaje 200 profesional de los alumnos sujetos de 4. Discusión estudio. La discusión de los resultados se En el mismo sentido, se apreciará un realizará una vez que se obtengan y panorama sobre el bajo nivel de comparen los datos obtenidos en el comprensión lectora de textos apartado de resultados. matemáticos, que presentan los De manera específica, las cifras arrojadas estudiantes de la División de Ingenierías en el pretest y postest serán los datos que del Campus Irapuato Salamanca, se someterán a análisis para discutir los comprobado a través del uso de la hallazgos y relaciones encontrados en secuencia didáctica en modalidad virtual. cuanto a los cambios observados También, se logrará un mayor alcance en respecto a los niveles literal, inferencial y su contexto, enriqueciendo los estudios ya crítico de comprensión lectora de textos existentes que relacionan la variable de matemáticos en los estudiantes comprensión lectora con las ciencias universitarios del presente estudio matemáticas. Del mismo modo, se abrirá después de utilizar la secuencia didáctica camino a nuevas investigaciones en el virtual, mismos que servirán para la mismo campo de estudio, aportando generación de conclusiones respecto a la datos a instituciones de investigación aceptación o rechazo de la hipótesis. educativa en la búsqueda de cifras y 5. Conclusiones estadísticas sobre esta problemática en la educación universitaria en el país. Se espera finalizar con la aceptación de la hipótesis, comprobando que el uso de Respecto a futuros estudios del tema, se una secuencia didáctica como facilitará la consulta de la presente herramienta educativa de apoyo, aplicada investigación para que pueda utilizarse en modalidad virtual a alumnos de área como referencia en nuevos proyectos de básica de la División de Ingenierías del estudio. Partiendo de una ideología de Campus Irapuato Salamanca de la contribución a la red de investigación y Universidad de Guanajuato, permitió generación del conocimiento, así como aumentar los niveles de comprensión fortaleciendo la educación en el ámbito lectora de textos matemáticos. nacional. Dicha comprensión se logrará a través del Consecuentemente, se establecerá una incremento de los niveles literal, nueva perspectiva desde el punto de vista inferencial y crítico después de utilizar de la Institución, sobre los problemas que dicha herramienta. enfrentan los estudiantes de las cinco carreras de ingenierías, con la incorrecta Lo anterior será de utilidad para concluir comprensión de textos matemáticos o en que, efectivamente, las TIC son su caso, la total incomprensión de éstos herramientas que potenciaron y mejoraron las habilidades y competencias . educativas de comprensión lectora 201 universitaria en las áreas matemáticas https://www.economiahoy.mx/nacional- dentro del contexto del estudio, dando eAm-mx/noticias/7136094/11/15/Los- paso al planteamiento de nuevos caminos mexicanos-leen-5-libros-al-ano-la-Biblia- metodológicos, de los cuales otras y-50-sombras-de-Grey-los-mas-leidos- investigaciones podrán tomar como Conaculta.html. Economía Hoy (2016). Mexicanos reprobados referente o punto de partida para tratar en matemáticas, lectura y ciencias según problemas, tanto de comprensión lectora evaluación PISA de la OCDE. Disponible u otro tipo de deficiencias de aprendizaje, en por ejemplo falta de concentración, http://www.economiahoy.mx/nacional- problemas de redacción y ortografía, entre eAm- otros, a través del uso de TIC. mx/noticias/8009131/12/16/Mexico- queda-mal-parado-en-las-evaluaciones- Referencias de-educacion-de-la-OCDE.html. Aguayo, M. et. al. (2015). Comprensión García, M. (2014). Fracaso lector. Dificultades lectora y la enseñanza de las de aprendizaje en la lectura. Recuperado matemáticas Estudio de caso. Revista de Iberoamericana para la Investigación y el http://dinle.usal.es/searchword.php?valo Desarrollo Educativo, no. 10. r=Fracaso%20lector.%20Dificultades%2 Recuperado de ride.org.mx/1- 0de%20aprendizaje%20en%20la%20lec 11/index.php/RIDESECUNDARIO/article tura. /view/349. González, J. (2015). 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Mapas mentales como herramienta para facilitar la comprensión lectora (Tesis). Universidad de 203 Modelo para el diseño de la evaluación en la enseñanza semi- escolarizada a través de la tecnología Campbell Rodríguez Viviana Michell, Rodríguez Aguilera Anna Erika, Xicoténcatl Ramírez Gabriela, Pacheco Sánchez Gabriela. campbellviviana@hotmail.com Resumen Los sistemas semi-escolarizados, son modelos que se están utilizando para cubrir varios aspectos de cobertura y funcionalidad, ya que, en la actualidad, los modelos tradicionales están cambiando a la modalidad semi-escolarizada, por lo que, el objetivo de la investigación que fue desarrollar un método para el diseño de instrumentos de evaluación efectivo para las necesidades de un sistema semi-escolarizado a través de la tecnología. Por tanto, se analizaron las teorías sobre la modalidad semi-escolarizada, la evaluación educativa, la taxonomía de Bloom y la educación en la modalidad semi-escolarizada. Con base en la metodología basada en diseño de Benito & Salinas, (2016) y bajo el paradigma de la investigación cualitativa, se definió el problema, se realizó el diseño, el desarrollo, la implementación y la evaluación, se aplicaron entrevistas a profesores y alumnos de la escuela de Bachilleres de la Universidad Autónoma de Querétaro. Se observó que en las clases de los días sábados tienen una duración de una hora con cuarenta minutos, la escuela cuenta con 5 materias por trimestre, las clases son presenciales y virtuales, el uso de la tecnología no es un problema en la actualidad si no que los estudiantes están familiarizados con ella, a través del uso de la plataforma o de herramientas tecnológicas que se necesitan para impartir el curso. Se propone un conjunto de estrategias para realizar la evaluación con herramientas específicas para este propósito y así potenciar los resultados de aprendizaje en los estudiantes, utilizando un proceso adecuado, con técnicas mejoradas o nuevas a disposición de la modalidad semi- escolarizada. Se creó una guía para diseñar instrumentos de evaluación que se necesitan en esta modalidad, incluye también, las técnicas para retroalimentar al estudiante a través de la tecnología. Se diseñó una plataforma para la selección de instrumentos de evaluación para que el profesor tenga el conocimiento de los instrumentos de evaluación que puede utilizar para cada una de las actividades que realice. Palabras clave: Evaluación, instrumentos de evaluación, modelos de evaluación, semi escolarizada, técnicas para retroalimentar. 1. Introducción aprendizajes que queremos impulsar La modalidad semi-escolarizada debe además de los aspectos que se tienen que valorar aspectos que se dan en este evaluar en los métodos tradicionales. Los modelo por ejemplo la auto-gestión, el sistemas semi-escolarizados, son auto- aprendizaje, la comunicación, todo modelos que se están utilizando para cubrir varios aspectos como: cobertura y esto se tiene que evaluar, porque son 204 funcionalidad. Los modelos tradicionales análisis de la situación y la definición del están cambiando a este tipo de sistemas, problema, las posibles soluciones se muchos de los profesores que desarrollan diseñan a partir de un marco teórico de cursos no están preparados para referencia, de ahí la importancia de la desarrollar instrumentos de evaluación, es evaluación y revisión, que incide tanto uno de los temas que son olvidados por sobre la fundamentación teórica como los docentes, y es lo más crítico, es que sobre los puntos positivos y negativos de no saben hacer evaluaciones, hacen la intervención. La fase siguiente es la preguntas difíciles, pero de eso está muy implementación seguida de la lejos de que sirvan como instrumento de información, el proceso de investigación evaluación, no saben calibrar un ejercicio, se concreta mediante ciclos continuos de etc. Para los profesores no es fácil diseño, validación, análisis y rediseño, elaborar un instrumento de evaluación, si conduciendo las diferentes iteraciones a un profesor que hace un curso quiere la mejora del cuerpo teórico y el hacer un diagnóstico, a través de este perfeccionamiento de la intervención método sabrá cómo articular el (Benito, 2016). instrumento de evaluación de diagnóstico, que tipo de instrumentos de diagnóstico 2.1. Método para el diseño de la existen, por ejemplo, si el profesor quiere investigación saber ¿Qué conocimientos tiene un estudiante?, lo puede saber a través de un instrumento de diagnóstico, en un modelo presencial eso no importa, otra pregunta puede ser, ¿Cuáles son las condiciones con las que llega un estudiante?, quizás entonces debe usar un cierto tipo de instrumentos de evaluación. 2. Metodología En la investigación se usó la metodología basada en diseño. Los Figura 1. Proceso de investigación del procesos de investigación realizados bajo desarrollo basado en diseño. Elaboración propia basado en Benito (2016). este enfoque metodológico incluyen una serie de acciones comunes como son: En la Figura 1. Se muestra el proceso definición del problema, diseño, de investigación de desarrollo basada en desarrollo, implementación y evaluación. diseño. Entre las distintas propuestas en relación 2.2 Etapas de la investigación a la estructura de la investigación, Esta metodología consta de las posiblemente el modelo propuesto por siguientes etapas como se muestra en la Reeves (2000) sea el más representativo. Figura 1, las cuales fueron desarrolladas En él, la investigación se inicia con el 205 a lo largo del proceso de creación en el planteados. Se verificó si el curso es método: eficaz para los alumnos. 1. Análisis de la situación y contexto en el 5. Fase de producción de documentación cual se representa la problemática, y principios de diseño los cuales son realización de la investigación los resultados generados a partir de pertinente para una adecuada los resultados que se evaluaron. Se fundamentación teórica. En este punto escribieron los resultados. de la investigación se definió la problemática que se tenía en la Una de las principales fortalezas que se escuela de bachilleres con la les reconocen a los estudios conducidos modalidad semi-escolarizada, se con IBD es que eliminan el abismo realizaron entrevistas con los existente entre la práctica educativa y los profesores del plantel que se análisis teóricos, ya que proveen de encuentra en el centro de Querétaro informes situados sobre el aprendizaje de en el Bachillerato semi-escolarizado, los alumnos, relacionando directamente el allí se encontraron los mayores proceso de aprendizaje con el modo en problemas que se tenían en la que ha sido promovido (Molina 2011). modalidad semi-escolarizada. Se considera que este paradigma 2. Fase de desarrollo del método metodológico puede aportar mayores basándose en la fundamentación beneficios en: teórica que se obtuvo de la investigación realizada. En el punto ● Exploración de posibilidades para dos, de la investigación basada en ambientes noveles de enseñanza y diseño se indago las siguientes aprendizaje. preguntas, ¿Qué es la escuela de ● Desarrollo de teorías contextualizadas semi-escolarizada?, ¿Cuántas sobre enseñanza-aprendizaje. escuelas hay con esta modalidad?, ● Construcción de conocimiento ¿Tipos de evaluación que se acumulativo de diseño. implementan en la modalidad semiescolarizada?, también se buscó ● Desarrollo de la capacidad humana los antecedentes, ¿Qué hay en para la innovación. modalidad semi-escolarizada?, se Los estudios de IBD contribuyen a la investigó cuáles son las estrategias de formulación de modelos, más que a la evaluación que hay para la aplicación estimación o validación de éstos (Kelly, en la modalidad semi-escolarizada. Baek, Lesh, & Bannan-Ritland, 2008). 3. Fase de Implementación del método Algunas de las debilidades de los estudios desarrollado. Se realizó una de IBD son las siguientes, según (Collins, plataforma donde se aplicó todo el Joseph, & Bielaczyc, 2004): La resultado de evaluación en un curso. complejidad de las situaciones del mundo 4. Fase de validación aquí se evaluó si el real no permite controlar todas las método cumplió sus objetivos 206 variables. Los problemas de coordinación entre teoría, artefactos diseñados y en la recogida de datos derivados de la práctica. Al mismo tiempo, la investigación participación de varios investigadores. La puede contribuir al avance mismo de las dificultad del manejo y análisis de la gran teorías de la enseñanza-aprendizaje. cantidad de datos que resultan. La complejidad de la comparación entre 3. Resultados diseños. El problema de delimitar el origen Como primer resultado están los del conocimiento que los investigadores modelos de evaluación, se realizó un flujo adquieren a lo largo del proceso de de trabajo, así fue como el grupo investigación debido al diálogo continuo seleccionó las técnicas adecuadas dentro que se produce entre la teoría y la de un curso bajo la modalidad semi- práctica. escolarizada. Se muestran los tres tipos Por su parte, Kelly (2004) insiste en la de técnicas de evaluación que se necesidad de especificar la gramática proponen para la modalidad semi- argumentativa de estos estudios, la lógica escolarizada, se planteó que el uso de las que guía el uso de los métodos y que tres técnicas de evaluación es esencial, sustenta el razonamiento sobre los datos, descartando la evaluación diagnóstica ya para que sirva de garantía de las que el alumno ya tiene asignado el curso argumentaciones que se obtienen, puesto a detalle previamente programado. que las argumentaciones y los resultados Las técnicas no formales son aquellas del estudio suelen derivar de bajo observaciones espontáneas como porcentaje de los datos recogidos. La IBD conversaciones y diálogos junto con nos ayuda a entender las relaciones entre preguntas de exploración. Son las que se la teoría educativa, el artefacto diseñado y utilizan dentro de los hechos de la práctica. El diseño es central en los enseñanza con una duración breve. esfuerzos para mejorar el aprendizaje, También pueden utilizarse a discreción en crear conocimiento útil y avanzar en la la misma situación de enseñanza y construcción de teorías sobre el aprendizaje. aprendizaje y la enseñanza en ambientes Las técnicas semiformales son las complejos (De Benito & Salinas, 2016). prácticas realizadas en clase como, Se centra en diseñar y explorar el rango tareas realizadas fuera de la clase. Son completo de innovaciones: tanto las que ayudan a crear el ambiente de artefactos, como aspectos menos aprendizaje en el aula, es allí donde los concretos tales como estructura de la estudiantes pueden ver una aplicación actividad, instituciones, sistemas de real y práctica de los temas que están apoyo. Para esto, la IBD va más allá de aprendiendo. Es muy importante que se diseñar y contrastar intervenciones planeen las técnicas semiformales ya que particulares. Las intervenciones compromete al docente hacer uso de su incorporan demandas teóricas específicas creatividad para realizar las actividades sobre la enseñanza-aprendizaje y reflejan de aprendizaje. un entendimiento acerca de las relaciones 207 Las técnicas de evaluación formales son métodos anteriormente citados se la observación sistemática, pruebas o utilizarán las siguientes técnicas: La exámenes de tipo test o pruebas de observación, el cuestionario, la entrevista, ejecución. la encuesta y la experimentación. Los instrumentos; como instrumentos se utilizará: Para la fase descriptiva cuestionario para directivos, docentes y alumnos, para la fase experimental se emplearán instrumentos tanto para la fase presencial como para la virtual, consistentes en cuestionarios para la autoevaluación, la coevaluación y la hetero-evaluación. 4. Discusión La universidad de Veracruz nos dice que la modalidad-semiescolarizada, se enfrentan con el reto de mantenerse a la vanguardia en cuanto al uso de Tecnologías de Información y Comunicación, fortalecer el rigor académico, la libertad de cátedra, la libertad de investigación, revalorar su función docente frente a la globalización y la naciente sociedad del conocimiento. La cobertura y la calidad académica Figura 2. Modelo Propuesto de Evaluación. continúan siendo desafíos, las cuales Elaboración propia. enfrentan el reto mediante nuevas formas de abordar la educación en la modalidad En la Figura 2. La Propuesta de semi-escolarizada. Se ha señalado que: diagrama de flujo para la evaluación del Se deberán generalizar en la mayor aprendizaje en la modalidad semi- medida posible la utilización de las nuevas escolarizada en la escuela de bachilleres tecnologías, para reforzar el desarrollo de la Universidad Autónoma de académico, ampliar el acceso, lograr una Querétaro. Se muestra como son los difusión universal, extender el saber, principales elementos metodológicos utilizados, que se contemplan en la facilitar la educación durante toda la vida. aplicación del diagrama lo fundamental en Todo esto mediante la creación y/o reforzamiento de redes académicas, que el modelo propuesto es que se permitan aprovechar las ventajas de la seleccionen las técnicas adecuadas que son aquellas técnicas; En relación con los 208 tecnología reconociendo las necesidades confusión sobre el proceso que involucra nacionales y locales. a la evaluación. Los instrumentos que se utilizan realmente para medir, los 5. Conclusiones profesores desconocen las verdaderas Fue posible desarrollar un modelo de funciones, como el diseño y la elaboración evaluación de procedimientos en las de las pruebas escritas, se desconocen asignaturas la evaluación o conductas de realmente cuales son todos los desempeño y los niveles de logro de instrumentos de evaluación, ya que se dichos comportamientos, con la finalidad observó que utilizan las más comunes y de convertir la evaluación en el proceso de hablando de un programa semi- enseñanza-aprendizaje, en un elemento escolarizado, se deben de utilizar de retroalimentación tanto para alumnos, diferentes instrumentos de evaluación que como para los profesores, además de sean más flexibles para dicho programa. establecer un control en el modelo de evaluación en las escuelas con la Por lo tanto, se constató que los modalidad semi-escolarizada, o sea de profesores de la Escuela de Bachilleres de una evaluación auténtica. Es posible la Universidad Autónoma Modalidad mejorar y construir nuevos modelos de Semi-escolarizada no conocen la gran evaluación para medir en base a la cantidad de instrumentos que se pueden construcción de rúbricas el desempeño en utilizar para la evaluación de los alumnos, los procedimientos de los alumnos, lo cual ellos no comprenden para qué están además constituye un elemento activo de evaluando, sólo se concretan a dar revisión en una autoevaluación, ya que el números sin importar el proceso de alumno conocerá en detalle la pauta antes aprendizaje logrado por lo siguiente, no se de interrogar, siendo ésta un elemento aprovechan los resultados para que el analítico del desempeño procedimental, alumno tenga una retroalimentación o en contraste con la evaluación numérica, mejoramiento de la enseñanza que ambas son posibles de compatibilizar. obtuvieron. Fue posible el desarrollo de un El modelo que puede homogeneizar la método de evaluación de que con el uso evaluación de los docentes, de forma que de las tecnologías sea más útil para el no haya criterios o formas subjetivas de ámbito educativo además que nos brinda observación de desempeños de los una gran accesibilidad si está a una larga alumnos lo cual no es justo ni deseable, distancia, las desventajas de no poder que así suceda en el contexto curricular, hacer preguntas abstractas de nuestras en otras palabras, un modelo de tipo dudas no proporciona gran ayuda en universal. nuestros estudios y también divulgación Considerando los resultados que se de nuestros conocimientos, ya que obtuvieron a través de las entrevistas sumergidos al uso del internet esta es la realizadas en la Escuela de Bachilleres de herramienta más usada, conocida por la Universidad Autónoma, Modalidad todas las edades, pero sí es claro que hay semi-escolarizada, se presentó una una evaluación de cómo usarla y a 209 quienes van dirigidas las plataformas que Rosario, J. 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Carlos Alberto Olmos Trejo guillen.andrea@gmail.com Resumen La siguiente investigación tiene como propósito compartir la experiencia del uso del material LEGO Education como herramienta didáctica para aprender los fundamentos de programación en alumnos de 5° año de primaria. Es un proyecto de investigación que se realiza como parte de los requerimientos de la maestría en Innovación en Entornos Virtuales de Enseñanza-Aprendizaje (MIEVEA) la cual pertenece a la facultad de Informática de la Universidad Autónoma de Querétaro. El objetivo de esta investigación es aplicar la robótica educativa a través de los materiales de LEGO basado en un modelo construccionista y observar cómo de esta manera se aprenden los fundamentos de programación. A través de una metodología mixta con un esquema transeccional descriptivo será cómo se implemente la investigación. Sería ideal que se obtuvieran los siguientes resultados con esta investigación: Que los niños aprendan los fundamentos básicos de programación. Identificar si el uso de los materiales de LEGO es adecuado para el contexto en el cual se aplicarán. Posibilidad de incluir en la currícula la robótica educativa aplicable a todos los grados de primaria. Compartir los resultados con escuelas que tengan acceso al material de LEGO para replicar la investigación y obtener los mismos resultados. Palabras clave: LEGO, programación, robótica educativa, Seymour Papert.1. Introducción la enseñanza y construcción de productos Actualmente la sociedad está inmersa y proyectos muy útiles para la educación. en un campo tecnológico impresionante, Sobre ello, es conveniente mencionar la considerando a la robótica como una conceptualización y comprensión del pieza clave para los procesos de concepto de robótica, en donde tal y como producción y de automatización de especifica Camarena (2015) el concepto muchas actividades llevadas a cabo en de robótica se da sobre el surgimiento del diversos campos y niveles de aplicación. término empleado por primera vez en Una de estas actividades es precisamente 1920 en la obra de teatro Rossum’s el uso de este tipo de herramientas para universal robot (R.U.R.) escrita por el 211 checo Karel Capek quien utilizó la palabra creación de un robot en forma de tortuga robota que quiere decir servidumbre o que se conectaba a la computadora y se trabajador forzado. A partir de ésto se programaba para seguir ciertas comenzó a utilizar dicho término hasta instrucciones (derecha, izquierda, que en Estados Unidos de Norte América adelante, atrás) al igual que éstas podían se tradujo al inglés como robot. ser representadas en papel siguiendo Teniendo conocimiento del origen de la dicha instrucción (Badilla y Chacón, palabra robótica, EcuRed (s.f) ha definido 2004). En la década de 1980 la tortuga fue a ésta como una ciencia o rama de la digitalizada y las operaciones se Tecnología, que estudia el diseño y realizaban a través de la computadora. construcción de máquinas capaces de La programación se basaba en ensayar, desempeñar tareas realizadas por el ser fallar y corregir el error y de esta manera humano o que requieren del uso de crear y construir el aprendizaje. Como inteligencia (p.1). Tomando en cuenta mencionaba Papert (1987) “los errores esta definición, se podría decir que es una nos benefician porque nos llevan a herramienta desarrollada por el ser estudiar lo que sucedió, a comprender lo humano de la cual existe un beneficio que anduvo mal y, a través de intrínseco. comprenderlo, a corregirlo” (p. 135-136). Para ampliar la definición de robótica, es En el año de 1985 Seymour Papert posible expandir la misma mediante la empieza a colaborar con la empresa conceptualización de la robótica LEGO en la creación de materiales educativa, la cual en un sentido programables con el lenguaje Logo, de ahí convencional surge gracias al científico, que el material de Lego Mindstorms lleve matemático, inventor y profesor Seymour este nombre en honor al libro Mindstorms: Papert, el cual creó la teoría del children, computers and powerful ideas construccionismo, quien pensaba que lo (MIT, 2015), siendo precisamente cuando mejor para que los niños aprendieran era surge la robótica educativa. que construyeran un producto Años más tarde, en el Media Lab de MIT significativo, y su teoría fundamenta el uso (Massachusetts Institute of Technology) de las tecnologías digitales en la Mitchel Resnick, quien fuera alumno de educación (Badilla y Chacón, 2004). Seymour Papert, diseñó un software de Seymour Papert fue creador del primer programación por bloques, la cual lenguaje de programación Logo, orientado consiste en ir uniendo bloques para lograr no solamente a niños, sino también para una acción. El software Scratch ha sido jóvenes y adultos el cual funcionaba creado para ayudar a los usuarios a conectado a la computadora y permitía aprender de forma creativa, a razonar entender los aspectos de la programación sistémicamente y a aprender a trabajar de con respecto a los lenguajes de forma colaborativa, ya que considera lo programación tradicionales. Es gracias a anterior habilidades esenciales para el Papert y a Marvin Minsky que se debe la siglo XXI (Scratch, s.f.). 212 Por más de 30 años la empresa LEGO se En el enfoque mixto se combina la ha dedicado a crear modelos para que los investigación cualitativa, la cual se enfoca estudiantes puedan experimentar en las ciencias sociales y la investigación situaciones reales en su entorno y de esta cuantitativa, la cual permitirá la manera desarrollar su creatividad, el recolección de datos probabilísticos que pensamiento crítico, resolución de permitirán llegar a comprobar la eficacia problemas y trabajo colaborativo (LEGO de la investigación. Como citan Anguera y Education, 2014). El material de LEGO es Delgado (citados por Sánchez, 2015), una herramienta tecnológica que, a través consideran que es necesaria la mezcla de de la construcción de los bloques, los diseños cuantitativos y cualitativos, ya proporcionará bases de programación a que de cada uno de ellos se saca lo mejor los estudiantes. de la investigación, es por esto que esta metodología ha sido elegida para realizar 2. Metodología la investigación. Se utilizará un esquema de tipo transeccional descriptivo, el cual tiene Se pretende que un estudio complemente como objetivo “indagar la incidencia y los al otro y no exista solapamiento alguno. El valores en que se manifiesta una o más resultado final sería un informe con dos variables” (Hernández, Fernández y partes bien definidas. De esta manera, se Baptista, 2004, p.188), se puede mostrar puede llegar a integrar el resultado y tener que las variables se tratarán una mejor visión para el fenómeno individualmente ya que no hay opción a estudiado. “Ni la investigación cuantitativa manipulación de estas. ni la cualitativa es superior a su contraparte y ambas responden a la El uso de los métodos mixtos está siendo misma lógica inferencial; ambas son cada vez más utilizado por investigadores igualmente científicas”. (Sánchez, 2015, por las bondades que éste tiene, permite p.17). Con esto, se pretende tener mayor tener un manejo de los datos tanto éxito al presentar los resultados del cualitativos como cuantitativos. estudio a la audiencia ya que lo que se En este estudio se busca que ambas pretende es: metodologías (cuantitativa y cualitativa) ● Evaluar el nivel de comprensión de enriquezcan los resultados y se permita los fundamentos de la llegar a demostrar la eficacia de la programación. investigación, ya que como mencionan Hernández et al. (2014) “los métodos ● El grado de aceptación por parte de mixtos representan un conjunto de los niños hacia los materiales de procesos sistemáticos, empíricos y LEGO con una escala de aptitud. críticos de investigación e implican la Conforme avance la investigación se recolección y el análisis de datos pretende analizar el nivel de trabajo cuantitativos y cualitativos” (p.567). colaborativo que se desarrolló entre los estudiantes. 213 a) Recursos materiales y humanos: material de LEGO para replicar la Se usará Scratch como primer investigación y obtener los mismos medio de acercamiento a la resultados. programación. ● Generar un recurso pedagógico, ya b) Se cuentan con 24 computadoras que se construirá el conocimiento más la del profesor. 1 proyector y de los estudiantes a través de la 1 pizarrón. robótica educativa mediada por tecnología. c) Solamente será el docente frente a grupo quien se haga cargo de la investigación. 3. Resultados Los resultados que se obtengan tendrán impacto tanto tecnológico como social en los estudiantes. El impacto tecnológico se verá reflejado en la Figura 1. LEGO Ev3 Fuente: adquisición de los fundamentos de https://education.lego.com/en-us/middle- programación de los estudiantes y los school/intro/mindstorms-ev3. sociales se verán reflejados en las 4. Discusión actividades colaborativas y en la relación que exista entre los estudiantes al estar Hoy en día, se hace referencia a los aprendiendo a programar con robótica jóvenes como nativos digitales y se les educativa. Algunos de los resultados define como los que han nacido y crecido esperados son: con la tecnología. Por esta razón no es posible pretender que aprendan de la ● Que los niños aprendan los misma manera en que estábamos fundamentos básicos de acostumbrados a hacerlo ya que los programación. “estudiantes piensan y procesan la ● Identificar si el uso de los información de modo significativamente materiales de LEGO es adecuado distinto a sus predecesores” (Prensky, para el contexto en el cual se 2001, p.1). Esto debe considerarse como aplicarán. un factor motivacional para los docentes, ● Posibilidad de incluir en la currícula debe motivar a los docentes a dar lo mejor de la materia la parte de robótica y a estar preparados para poder enfrentar educativa aplicable a todos los los retos que plantea la educación hoy en grados de primaria. día. ● Compartir los resultados con Los nativos digitales, cuentan con muchas escuelas que tengan acceso al habilidades para manejar la tecnología. Nacieron en la era digital, forman parte de 214 una generación que absorbe rápidamente Engineering and Mathematics por sus la información multimedia de imágenes y siglas en inglés), el cual pretende enseñar videos, permanecen conectados y a los estudiantes a través de las cuatro generan sus propios contenidos. Los disciplinas “el nivel adquirido en la nativos digitales, son multitarea (García, educación primaria a través del método Portillo, Romo y Benito, 2007) y por lo STEM, provee a los estudiantes de tanto hay que brindarles herramientas aprendizajes basados en la investigación nuevas que les brinden la capacidad de y en darle solución a los problemas del interactuar con nuevos elementos mundo real” (Hom, 2014, p.11). Esto se tecnológicos, tal como lo es la robótica. busca en el colegio, que los estudiantes Es importante poder enseñar a los sean capaces de resolver problemas alumnos a programar ya que es una forma reales y al utilizar una herramienta más de comunicarse entre ellos. Sobre la tecnológica como la robótica esto podría especificación dada por Resnick (2013) ser un gran beneficio para los alumnos. respecto a la analogía sobre el aprender a Se podría acercar a los estudiantes a escribir y aprender a programar es tener un pensamiento computacional que conveniente indicar que el aprendizaje de les permitirá desarrollarse en diversas la programación es como el aprendizaje áreas, tal como menciona Wing (2008), el de la escritura. Muy pocos niños aprenden pensamiento computacional es un tipo de a escribir para convertirse en periodistas o pensamiento analítico enfocado a la escritores, sin embargo, es su forma de resolución de problemas mediante esta comunicarse y expresar sus ideas, así forma de pensar. Se puede compartir con también pasa con la programación ya que matemáticas ya que ambos resuelven sirve para desarrollar ideas, juegos, problemas, con la ingeniería ya que busca historias, animaciones, etc. resolver problemas complejos y diseños Es necesario que el colegio Marcelina de la vida real y con el pensamiento potencialice las habilidades tecnológicas científico ya que busca comprender la de sus estudiantes y los involucre en el computación, la inteligencia, la mente y el comportamiento humano. aprendizaje de la robótica, que se les brinden herramientas que en un futuro les sean útiles para la vida. 5. Conclusiones Parte de esto, y sobre la cual se enfoca Esta investigación será de utilidad en el esta investigación, es la necesidad de que área que se aplique ya que se pretende los estudiantes adquieran conocimientos demostrar el por qué los niños deben de programación y que se pudiera aprender programación desde edades demostrar la importancia de aprenderlo tempranas, ya que dentro de las desde pequeños. habilidades del siglo XXI puede ser Como se menciona en el aprendizaje del sumamente útil el aprender a codificar método STEM (Science, Technology, para desarrollar pensamiento lógico, 215 trabajo colaborativo, creatividad, entre de mayo de: otras. http://www.apa.org/ethics/code/ Badilla, E., & Chacón, A. (2004). Se espera que el objetivo se cumpla, que Construccionismo: Objetos para pensar, la hipótesis sea demostrada y que más entidades públicas y micromundos. instituciones se interesen por el Revista Electrónica "Actualidades aprendizaje de la programación a nivel Investigativas en Educación", 4 (1), 0. primaria y no solamente se les den clases Benito, M., García, F., Romo, J., & Portillo, J. básicas del uso de la tecnología. (2007). Nativos digitales y modelos de Habrá que demostrar si el material de aprendizaje. Recuperado el 2 de junio LEGO cumple con el propósito de la de 2018 de: investigación y si el contexto en el cual se https://www.businessintelligence.info/as sets/varios/nativos-digitales.pdf aplicará es idóneo para lograr el aprendizaje en los estudiantes de los Blikstein, P. (2013) Seymour Papert’s Legacy: Thinking About Learning, and Learning fundamentos de programación. About Thinking. Transformative Se pretende que al término de la Learning Technologies Lab. Stanford investigación los estudiantes además de Graduate School of Education. contar con las bases de la programación, Stanford, California, USA. Recuperado sean capaces de crear un programa por el 16 de abril de 2018 de: ellos mismos y desarrollar en ellos nuevas https://tltl.stanford.edu/content/seymour habilidades durante el transcurso de ésta. -papert-s-legacy-thinking-about- learning-and-learning-about-thinking Bravo, F., & Forero, A. (2012). La robótica como un recurso para facilitar el aprendizaje y desarrollo de competencias generales. Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información, 13 (2), 120-136. Figura 2. Bloques para programar Ev3 Fuente: Brennan, K., Eastmond, E., Kafai, Y., http://canaltic.com/rb/legoev3/22_conseguir_el_so ftware_ev3.html Maloney, J., Millner, A., Monroy- Hernández, A., Resnick, M., Referencias Rosenbaum, E., Rusk, N., Silver, J., Acuña, A. (2012). Diseño y administración de Silverman, B., (2009). 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La tasa de precisión del cáncer de mama en las mamografías depende de la segmentación de las imágenes. La mamografía se utiliza especialmente en la detección de tumores de mama, las imágenes de cáncer de mama con mamografía tienen la capacidad de ayudar a los médicos a detectar enfermedades causadas por el crecimiento anormal de las células. El objetivo de la segmentación es simplificar y/o cambiar la representación de una imagen en algo que sea más significativo y fácil de analizar, pero al mismo tiempo la segmentación de imágenes es un trabajo muy difícil en el procesamiento de imágenes. El objetivo principal de este trabajo es revisar los enfoques existentes de pre-procesamiento y las técnicas actuales de segmentación en imágenes mamográficas. El objetivo del pre-procesamiento es mejorar la calidad de la imagen, eliminando los ruidos irrelevantes y las partes no deseadas en el fondo de la mamografía. Existen diferentes tipos de algoritmos de segmentación para la imagen de mamografía. Se discuten sus ventajas y desventajas. Palabras clave: Cáncer de mama, Mamografía, Pre-procesamiento, Técnicas de Segmentación. 1. Introducción Mundial de la Salud (OMS), el cáncer de Los numerosos trabajos de mama es la principal causa de muerte por investigación realizados en el área de tumores malignos en las mujeres, y el más detección y clasificación del cáncer de diagnosticado en América Latina, con mama, como universidades, centros de unos 152 mil casos al año, de los cuales investigación, etc.; se centran en este el 15% se detecta ya en fases avanzadas tema debido al hecho de que el cáncer de (OMS, 2018). En México es la primera mama se está convirtiendo en la forma causa de muerte en las mujeres mayores más común de enfermedad en la de 25 La detección oportuna de cáncer de población femenina actual. A nivel mama aumenta las posibilidades de mundial se estima que cada año se curación y disminuye la mortalidad. Los detectan 1.38 millones de casos nuevos y componentes principales de la detección hay 458 mil decesos por esta causa, son: La educación de la población y el siendo el tipo de cáncer de más incidencia tamizaje. El tamizaje, consiste en la entre las mujeres, de acuerdo con la utilización de pruebas sencillas en una Organización Mundial de la Salud población sana, con el fin de detectar a las (Notimex, 2018). Según la Organización personas que aún no presentan ningún síntoma y que ya padecen la enfermedad, 219 particularmente en el cáncer de mama el detectará más del 80% al 90% del cáncer método más usado es la mastografía de mama en mujeres sin síntomas. (CNEGSR, 2017). La mastografía es la La segmentación precisa de las imágenes herramienta de detección más usada por de mamografía es muy importante y los radiólogos para la interpretación de crucial para el diagnóstico exacto estudios y detección de presencia o mediante herramientas clínicas asistidas ausencia de lesiones mamarias por computadora, se han desarrollado (SERGAS, 2012). Debido a que el cáncer muchos algoritmos de segmentación de en etapas tempranas es muy sutil e imágenes para las imágenes de inestable, los médicos y radiólogos mamografía. pueden pasar por alto la anormalidad En este trabajo se presenta una revisión fácilmente si sólo diagnostican por de los métodos utilizados en la experiencia. La tecnología de detección segmentación de imágenes de asistida por computadora CAD (por sus mamografía. La revisión cubre las siglas en inglés) puede ayudar a los imágenes de mamografía y los enfoques médicos y radiólogos a obtener de eliminación de ruido y segmentación de diagnósticos más confiables y efectivos; imágenes. existen numerosas técnicas de detección El artículo concluye con una revisión de tumores que han sido analizadas (Xu, sobre las tendencias de las Liu, y Song, 2011). La tarea clave en el investigaciones avanzadas en la diseño de este tipo de procesamiento de segmentación de imágenes del cáncer imágenes y aplicación de visión por de mama. computadora es la segmentación precisa 2. Trabajos relacionados de las imágenes médicas. La segmentación de imágenes es el proceso La segmentación es el proceso de de proporcionar diferentes regiones de la particionar una imagen a varios imagen basado en diferentes criterios segmentos pequeños. Las principales (Chang y Teng, 2007). dificultades en la segmentación de La segmentación de imágenes de cáncer imágenes son el ruido, el campo de sesgo, de mama a partir de imágenes de el efecto de volumen parcial (un vóxel) mamografía es complicada y desafiante, contribuye en múltiples tipos de tejido. pero su segmentación precisa y exacta es necesaria para la detección de tumores y 2.1. Métodos de eliminación de Ruido. su clasificación de tejidos para la En una imagen son necesarias técnicas detección temprana de anormalidades en de pre-procesamiento para encontrar la la mama. La mamografía es la técnica de orientación de la mastografía para imagen más eficiente y muy precisa, pero eliminar el ruido y mejorar la calidad de la siempre tiene su grado de imperfección imagen (Bandyopadhyay, 2010). Los como la mayoría de los exámenes pasos del pre-procesamiento de la médicos. (Te Brake y Karssemeijer, imagen son muy importantes para limitar 1999). En promedio, la mamografía 220 la búsqueda de anormalidades sin c) Método de campo aleatorio de influencia del fondo de la imagen. El Markov. objetivo principal es mejorar la calidad de la imagen para que esté lista para su En este método se utiliza información posterior procesamiento mediante la de correlación espacial para preservar los eliminación de las partes que no son detalles finos (Geman S, 1984). En este requeridas o necesarias en el fondo de la método se realiza la regularización de la misma (Ponraj et al. 2011). estimación del ruido. La actualización del valor de los píxeles se realiza mediante a) Filtro Mediana Adaptativo. modos condicionados iterados. El filtro mediana adaptativo trabaja en d) Método por Ondeletas. una región rectangular Pxy, cambia el tamaño de Pxy durante la operación de En el dominio de la frecuencia, este filtrado dependiendo de ciertas método se utiliza para eliminar el ruido y condiciones tales como: preservar la aplicación de la señal de los Zmin = valor mínimo de píxel en Pxy métodos basados en ondeletas en la Zmax = valor máximo de píxel en Pxy imagen de mamografía, lo que hace que Zmed = valor medio de píxel en Pxy la ondulación y el coeficiente de escala Pmax = tamaño máximo permitido de Pxy estén sesgados. Este problema puede resolverse cuadrando las imágenes de las Cada salida contiene el valor medio en 3 mamografías con un método de por 3 vecindarios alrededor del píxel distribución de ji cuadrado no central correspondiente en las imágenes de (Nowak, R 1999). entrada. Sin embargo, los bordes de la imagen se sustituyen por ceros (Nagi J, e) Filtro Mediana. 2010). Se ha comprobado que el filtro de Un filtro mediana es un filtro no lineal mediana adaptable suaviza el ruido no que es eficiente para eliminar el ruido de repulsivo de las señales 2D sin difuminar la sal y la pimienta, ya que tiende a los bordes y preserva los detalles de la preservar la nitidez de los bordes de la imagen. Esto es particularmente imagen al mismo tiempo que elimina el adecuado para mejorar las imágenes de ruido. Los distintos tipos de filtro de las mamografías. mediana son: i) filtro de mediana con b) Filtro Promedio ponderación central ii) filtro de mediana con ponderación iii) filtro max-mediano, el El filtro promedio reemplaza cada píxel efecto de aumentar el tamaño de la por el valor promedio de las intensidades ventana en el ruido de filtrado de la en su vecindario. Puede reducir mediana se elimina de manera efectiva. localmente la varianza y es fácil de implementar (Cheng H et al. 2010). 221 f) Filtro de Máximos y Mínimos píxeles vecinos y se añaden a una clase de región si no se detectan bordes. Este El filtro de máximo y mínimo atribuye a proceso se itera para cada píxel de límite cada píxel de una imagen un nuevo valor en la región. Si se encuentran regiones igual al valor máximo o mínimo en un adyacentes, se utiliza un algoritmo de vecindario alrededor de ese píxel. El fusión de regiones en el que se disuelven vecindario representa la forma del filtro, se los bordes débiles y se dejan intactos los han utilizado filtros de máximo y mínimo bordes fuertes. La región de crecimiento en la mejora del contraste. comienza con una semilla que se 2.2. Segmentación selecciona en el centro de la región del tumor. Durante la fase de crecimiento de El objetivo principal de la segmentación la región, los píxeles en el vecino de la de imágenes es extraer varias semilla se añaden a la región basándose características de las imágenes que se en criterios de homogeneidad (o cierto pueden fusionar o dividir para construir nivel de gris), lo que resulta en una región objetos de interés sobre los que se conectada (Hemandandhini, 2016). pueden realizar análisis e interpretaciones. La segmentación de b) Método de Recorrido Aleatorio imágenes se refiere al proceso de El método de recorrido aleatorio se partición de una imagen en grupos de utiliza para segmentar los tejidos píxeles que son homogéneos con mamarios para la detección de células respecto a algún criterio. El resultado de cancerosas. La marcha aleatoria se define la segmentación es la división de la como un movimiento aleatorio discreto en imagen en áreas conectadas. Por lo tanto, el que una partícula se mueve el segmento se ocupa de dividir una repetidamente a una distancia fija hacia imagen en regiones significativas. Las arriba, hacia abajo, hacia el este, hacia el técnicas de segmentación de imágenes sur y hacia el norte. Este es un método de como el umbral, el crecimiento de segmentación de imágenes basado en el regiones, los modelos estadísticos, los crecimiento de regiones empleando el modos de control activo y la agrupación se método de recorrido aleatorio de una han utilizado para la segmentación de partícula. En este método, la posición imágenes debido a la compleja inicial en la que una partícula está distribución de la intensidad en las presente inicialmente se conoce como imágenes médicas, el umbral se convierte movimiento del punto de siembra de una en una tarea difícil y a menudo falla posición a otra, y se basa en el cálculo de (Hemandandhini, D, 2016). probabilidad. Después de que el punto de a) Crecimiento de Regiones. siembra ha sido detectado, se debe realizar un método de recorrido aleatorio El método de crecimiento de regiones para la segmentación y diez de es un enfoque de segmentación de imágenes en el que se examinan los 222 segmentación fina (Choubey M, et al. agrupación (agrupamiento) del algoritmo 2012). del cambio medio. c) Algoritmo de Watershed El algoritmo básico de agrupación de desplazamiento medio mantiene un El algoritmo de Watershed, es una conjunto de puntos de datos del mismo herramienta poderosa para la tamaño que el conjunto de datos de segmentación de la imagen, la imagen es entrada. considerada como una superficie topográfica. Los algoritmos de cuenca Un algoritmo de desplazamiento medio es (Watershed) han sido desarrollados y similar al k-mean llamado cambio medio probados en una variedad de imágenes de probabilidad, esto es que reemplaza el de cáncer de mama (Soille P et al, 1991). conjunto de puntos que se sustituyen por Está comprobado que los resultados la media de todos los puntos en el obtenidos de la segmentación proveen al conjunto de variables de entrada que se Médico Radiólogo una buena propuesta encuentran dentro de un rango de para la investigación adicional sobre la distancia dada. Una de las ventajas del presencia de microcalcificaciones en el desplazamiento medio sobre k-means es tejido mamario. Varios pasos están que no hay necesidad de elegir el número involucrados en algoritmos de Watershed de clúster, porque el desplazamiento tales como: medio es probable que encuentre sólo unos pocos grupos, de hecho, sólo existe 1.-Introduzca la imagen. un pequeño número. Sin embargo, el 2.-Imagen de entrada convertida a cambio medio puede ser mucho más lento imagen en escala de grises. que K-mean. El desplazamiento medio tiene variantes atenuadas como lo hace K- 3.-El filtro se utiliza para eliminar el mean. ruido. � � − �� ∑�� ‖ ‖ � 4.-El filtro de mediana se utiliza para ( ) ℎ ��,, � � = � − � − � ∑� � �‖ � ‖�� mejorar la calidad de imagen. � ℎ (1) 5.-Aplicar segmentación de umbrales. Como se aprecia en la Ecuación (1), 6.-Aplicar la segmentación de ésta es la diferencia entre la media Watershed. ponderada y x, conocida como vector 7.-Operación morfológica de desplazamiento medio. Dado que el 8.-Finalmente, la salida será una gradiente del estimador de densidad región tumoral. siempre apunta hacia esa dirección en la que la densidad se eleva más d) Algoritmo de Cambio medio rápidamente, a partir de la ecuación Adaptativo. anterior la media del vector de Este algoritmo se obtiene los desplazamiento siempre apunta hacia la algoritmos del cambio medio de la dirección en cuya densidad aumenta más 223 rápidamente. Este es el principio El método de ventana adaptativo basado fundamental de la agrupación basada en en ondeletas, es eficaz para segmentar el el desplazamiento medio. tumor en mamografías y también se Esta ecuación está generalizada en (2): puede utilizar en otras aplicaciones de segmentación. Este método de 1 � − � ∑� � � segmentación permite una calidad de �� ‖ ℎ ‖ � ℎ� � imagen significativamente superior ��(�) = � 1 � − �� ∑� �� ‖ ‖ � cuando ésta es comparada con el método ℎ ℎ� � del umbral global y método de umbral − � adaptativo basado en ventanas (Sreeja, B (2) 2012). Esto se conoce como vector de f) Segmentación por Algoritmo desplazamiento medio adaptativo. El Morfológico vector de desplazamiento medio adaptativo siempre apunta hacia la La morfología matemática se utiliza dirección en la que la densidad aumenta como herramienta para la extracción de más rápidamente, a esto se le llama la componentes de imagen como los límites propiedad media. Este es el principio en la segmentación de imágenes. Dado básico de desplazamiento medio que el lenguaje de morfología matemática adaptativo basado en agrupamiento es una teoría de conjuntos, se trabaja con (Mayer A, 2009). imágenes binarias e) Método de ventana adaptativa Este algoritmo incluye dos pasos basado en ondeletas. principales: El Pre-procesamiento y la segmentación. La umbralización se utiliza La ventana adaptativa basada en para convertir la imagen de entrada en ondeletas se utiliza para la segmentación una imagen binaria. En una mamografía, de objetivos brillantes en una imagen. En el tejido tumoral tiende a tener una este método dos tipos de segmentación intensidad máxima, normalmente cercana se utilizan en las mamografías para a 1 en el nivel de gris, un umbral global detectar un tumor. La segmentación podría servir como el primer recorte en el gruesa se realiza mediante el uso de un proceso y posteriormente convertir la umbral de histograma basado en imagen en una imagen binaria. ondeletas, en el que el valor de umbral se elige mediante la realización de análisis La dilatación y la erosión son dos basados en ondeletas 1-D de PDFs de operadores morfológicos básicos imágenes transformadas en ondeletas en definidos por las siguientes ecuaciones diferentes canales, y la segmentación fina (González R, 2002). que se obtiene por elección del umbral mediante el método de ventanas. � ⊕ � = {(�)� ∩ � ≠ ∅} (3) 224 � ⊝ � = {(�) ⊂ �} se sigue en el proceso de encontrar la (4) metodología más eficiente que se pueda aplicar a todos los problemas y resolverlos La forma más sencilla de extraer los con rapidez y eficacia, esto solo se podrá límites de una imagen binaria, está dada lograr investigando las técnicas y métodos por la ecuación (5) que puedan funcionar de la mejor forma para resolver cualquier problema de �(�) = � − (� ⊝ �) segmentación de una forma clara, segura (5) y confiable. Donde B es el elemento estructurante, sin Referencias embargo, pudiera haber ruido presente en Notimex (2018). Cáncer de mama, primera este método, en lugar de usar la imagen causa de muerte entre mexicanas. binaria original A; dilatación de A que es México. Recuperado de: A⊕B podría ser usado. https://www.excelsior.com.mx/naciona l/2017/10/19/1195650#view-4. En la ecuación (6) es la fórmula de la detección de bordes resultante. Organización Mundial de la Salud (2018). 3 de cada 10 mujeres en el mundo �(�) = (� ⊕ �) − ((� ⊕ �) ⊝ �)) presentan cáncer de mama. (6) Recuperado de: https://www.analitica.com/bienestar/sa 3. Conclusiones lud/oms-3-de-caga-10-mujeres-en-el- La segmentación de imágenes es una mundo-presentan-cancer-de-mama/. de las áreas de investigación más Centro Nacional de Equidad de Género y desafiantes y activas en el campo del Salud Reproductiva, (CNEGSR) CANCER DE MAMA. CNEGSR. procesamiento de imágenes médicas. 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