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Instituto Politécnico Nacional

Secretaría de Investigación y Postgrado

Reporte Final del Proyecto de Investigación:

Modelos de bases de datos aplicados a proyectos de ingeniería y

educativos No. De Registro SIP: 20071351

Directora del proyecto: M. en C. Fabiola Ocampo Botello.

Profesores participantes: M. en C (c) Roberto De Luna Caballero.

M. en C. (c) José Sanchez Juarez.

M. en C. Rubén Ortega González.

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I. RESUMEN La educación superior

II. INTRODUCCIÓN

III. ANTECEDENTES La Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico

(OCDE) establece una serie de políticas educativas enfocadas al desarrollo de una educación con calidad en todos sus niveles, siendo la educación básica el pilar de niveles superiores educativos, en 1977, los países miembros de esta Organización acordaron desarrollar evaluaciones cada tres años, a partir del año 2000 en áreas como español, matemáticas y ciencias, a tal proyecto académico se le denominó Programa Internacional para la Evaluación de Estudiantes (PISA, por sus siglas en inglés), con la finalidad de aportar datos que llevados de forma sistemática permita realizar análisis y reportes que sirvan como base a la sociedad en general y a los encargados de tomar decisiones en asuntos de política educativa en cada país en particular.

Desde 1994, México pertenece a la OCDE y los resultados obtenidos en este examen, ponen de manifiesto que los estudiantes de tercero de secundaria carecen de un dominio básico para continuar con la educación del nivel medio superior, lo que resulta alarmante, ya que el análisis realizados entre los países miembros de esta Organización, resaltan que los estudiantes de nivel secundaria de este país presentan un rezago académico con respecto a países como Finlandia, quien se colocó en primer lugar, seguido por Canadá, Holanda, Australia y Suiza, siendo este rezago equivalente a varios años de escolaridad (el cual se ha estimado en cinco años), lo que de forma contundente pone de manifiesto la desigualdad que en contenidos temáticos de esta asignatura tienen las escuelas de educación básica. En este punto, es importante resaltar que los análisis que se han realizado con los resultados obtenidos en el examen de PISA, se centran sólo en datos cuantitativos, sin considerar el desarrollo económico, político, cultural y social de los países participantes, lo cual ha constituido la piedra angular de diversos analistas en lo que a la interpretación de resultados se refiere.

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IV. JUSTIFICACIÓN

La educación es un factor de primera importancia en toda sociedad moderna. El reto de la educación en México puede expresarse mediante tres principios fundamentales: educación para todos, educación de calidad y educación de vanguardia.

Ante tales circunstancias se necesitan nuevas herramientas de apoyo que proporcionen el material adecuado para complementar el aprendizaje de los alumnos en el aula.

Tomando en cuenta que la secundaria es el último tramo de la educación básica, es necesario que los alumnos adquieran conocimientos que les permita enfrentar retos que la sociedad requiere.

Esto nos lleva a diseñar un software que permita fomentar el uso de la tecnología en los adolescentes con el fin de que al término de sus estudios tengan conocimientos de la importancia de estas herramientas en su entorno.

El modelo educativo utilizado en este proyecto cambia el esquema tradicional en dos aspectos fundamentales que se examinarán por separado: el primero para convertirlo de un proceso centrado en la enseñanza, en un proceso centrado en el aprendizaje; y el segundo, para desarrollar de una manera estructurada y programada habilidades, actitudes y valores lo que se refleja en el nuevo rol de profesor.

Estos cambios no suceden de manera secuencial sino paralela, ya que el logro de uno es requerido para el logro del otro. En suma, este nuevo modelo educativo conduce al estudiante al desarrollo de la autonomía, del pensamiento crítico, de actitudes colaborativas y sociales, de destrezas profesionales y de la capacidad de auto evaluación.

V. OBJETIVO GENERAL VI. OBJETIVOS PARTICULARES

VII. ÍNDICE DE FUNDAMENTOS

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VIII. CASOS DE ESTUDIO Son muchos y muy variados los casos de estudio en el que se pueden

aplicar las bases de datos, por tal razón, considerando las competencias que plantea la economía basada en el conocimiento en la formación de profesionales en el área de la computación, en el desarrollo de este proyecto de investigación se han considerado dos áreas y tres aplicaciones a saber: el desarrollo de software que incorpore elementos educativos y la aplicación de la inteligencia artificial en la gestión de la información que se encuentra en la Web, con la finalidad de seleccionar los productos o servicios adecuados a necesidades particulares de los usuarios.

Los casos A y B que se presentan en este reporte se asocian al desarrollo lógico de software educativo que incorpore elementos de aprendizaje significativo de las asignaturas de español y matemáticas para estudiantes de tercero de secundaria, considerando los ejes temáticos que plantea la Secretaría de Educación Pública para este nivel educativo. El aprendizaje significativo El aprendizaje significativo plantea un doble reto: aprender de manera cognitiva y afectiva, lo cual significa una comprensión de lo que se desea aprender y darle un sentido relevante, constituyendo de esta forma un andamiaje para aprendizajes futuros. Indiscutiblemente el creador y fundador de la teoría de la asimilación fue David Paul Ausubel, el cual pone más énfasis en el individuo antes que en lo social. En la construcción de nuevos significados, los conocimientos previos tienen un papel fundamental dentro de todo proceso escolar, planteándose la premisa de que lo más importantes es conocer lo que el alumno ya sabe, partiendo de esto se puede proceder a inducir los nuevos conocimientos.

La organización de contenidos forma la piedra angular para la introducción de nuevos conocimientos, esto es, una vez que ya se conoce aquellos aspectos que el alumno domina, se procede a una interacción continua de contenidos bien organizados que permiten por un lado ir creando relaciones cognitivas respecto a lo que el alumno ya sabe y por otro lado la incorporación de nuevos contenidos, los cuales serán subsumidos para aprendizajes significativos.

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La teoría ausbeliana centra su importancia en la retroalimentación constante entre profesores y alumnos, a través de la presentación de situaciones, para promover el análisis y el interés de los estudiantes en la solución de problemas que despierten su interés.

Visto de esta forma, el aprendizaje significativo dota al ser humano de estructuras cognitivas sólidas, las cuales tienen mayor relevancia si son aprendidas en etapas tempranas del conocimiento.

Las estrategias que pueden ser utilizadas por el profesor en la exposición de actividades para promover un aprendizaje significativo en los alumnos, son muchas y muy variadas, las cuales pueden ser: el aprendizaje por recepción, el aprendizaje por descubrimiento y el aprendizaje por descubrimiento guiado, por mencionar algunas.

El aprendizaje significativo constituye el nivel más alto de conocimiento que se puede adquirir, el andamiaje en el cual se fundarán conocimientos posteriores, por tal razón y debido a la proliferación actual de las TICs.

La teoría de Ausubel establece que el conocimiento no se refiere a la acumulación de datos, sino al contenido total que tomando en cuenta los conocimientos previos del educando, permita al tutor presentar una serie de contenidos organizados de manera lógica y con sentido que serán subsumidos en las estructuras cognitivas del estudiante. Partiendo de las premisas planteadas sobre el aprendizaje significativo de Ausubel, en los modelos lógicos de los casos A y B, se utiliza el modelo de bases de datos multimedia con tecnología Web, el cual incorpora objetos que permiten integrar sonido, texto y animaciones para realizar un examen de ubicación con la finalidad de valorar los conocimiento previos de los estudiantes en el área de estudio en cuestión, cuyo resultado de evaluación permitirá presentar al educando material educativo lógicamente sistematizado que le permitan continuar con el aprendizaje de dicha asignatura, generando así, una herramienta de software novedosa, un tutorial a la medida de las necesidades de cada usuario de este sistema. Las Bases de Datos Multimedia Una base de datos de las multimedia es una base de datos que recibe unos o más tipos del archivo de los medios primarios tales como .txt

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(documentos), .jpg (imágenes), .swf (videos), .mp3 (audio), etc. Y caer libremente en tres categorías principales: − Medios estáticos (time-independent, es decir imágenes y cursivo). − Medios dinámicos (time-dependent, octetos es decir del vídeo y del sonido).

− Medios dimensionales (es decir juegos 3D o esquemas de programa automatizados cad).

Todos los archivos de los medios primarios se almacenan en cadenas binarias de ceros y de unos, y se codifican según tipo del archivo. El término “datos” se refiere típicamente desde el punto de vista de la computadora, mientras que el término “multimedia” se refiere desde el punto de vista del usuario. Metodología utilizada Para el desarrollo de estos proyectos se utilizó la combinación de las metodologías en cascada y el modelo en espiral, los cuales en conjunto consisten de las siguientes etapas: − Previsión: La fase de previsión trata uno de los requisitos más fundamentales para el éxito del proyecto, la unificación del equipo detrás de una visión común. El equipo debe tener una visión clara de lo que quisiera lograr para el usuario y ser capaz de indicarlo en términos que motivarán a todo el equipo y al usuario. Se definen los líderes y responsables del proyecto, adicionalmente se identifican las metas y objetivos a alcanzar; estas últimas se deben respetar durante la ejecución del proyecto en su totalidad, y se realiza la evaluación inicial de riesgos del proyecto.

− Planteamiento: es cuando la mayor parte de la planeación para el proyecto es terminada. El equipo prepara las especificaciones funcionales, realiza el proceso de diseño de la solución, y prepara los planes de trabajo, estimaciones de costos y cronogramas de los diferentes entregables del proyecto.

− Desarrollo: Durante esta fase el equipo realice la mayor parte de la construcción de los componentes (tanto documentación como código), sin embargo, se puede realizar algún trabajo de desarrollo durante la etapa de estabilización en respuesta a los resultados de

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las pruebas. La infraestructura también es desarrollada durante esta fase.

− Estabilización: En esta fase se conducen pruebas sobre la solución, las pruebas de esta etapa enfatizan el uso y operación bajo condiciones realistas. El equipo se enfoca en priorizar y resolver errores y preparar la solución para el lanzamiento.

− Implementación: Durante esta fase el equipo implanta la tecnología base y los componentes relacionados, estabiliza la instalación, traspasa el proyecto al personal soporte y operaciones, y obtiene la aprobación final del solicitante.

Así como el desarrollo de los sistemas de software educativo ha cobrado gran relevancia en la actualidad, la proliferación de las redes de computadoras y la gran cantidad de información que en ella circula, han acelerado la realización de nuevas formas de trabajo, aquellas que faciliten la localización de material educativo que sea acorde a las necesidades de los usuarios. Por tal razón, en este proyecto de investigación se desarrolló el diseño lógico de una aplicación para realizar la búsqueda, selección y filtrado de documentos aplicando técnicas de filtrado colaborativo, que satisfagan las necesidades específicas de cada usuario. El caso C que se presenta en este informe de investigación se enfoca a la aplicación del filtrado colaborativo en la realización de un sistema de recomendación para la selección de material bibliográfico para continuar con el estudio de cualquier eje temático. Los sistemas de Recomendación social son sistemas que tratan presentar nuevas alternativas al los diferentes usuarios, es decir, el acto habitual que todos practicamos al recurrir a las opiniones de conocidos o expertos, cuando tenemos que tomar una decisión para adquirir algo sin tener la suficiente información para ello, generalmente decisiones sencillas en el entorno de la vida cotidiana como qué libro leer, qué película ver o qué música escuchar.

El filtrado de información es una herramienta que permite seleccionar solo una parte de toda la información contenida en un universo especifico de acuerdo a criterios que se hayan preestablecido, discriminando todos aquellos elementos que no cumplan con los criterios de selección, estos filtros permiten además, organizar y estructurar dicha información. Los algoritmos utilizados para este fin se pueden dividir en los siguientes dos grandes grupos: los de filtrado

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automático, que dependen solo de parámetros del elemento activo y los de filtrado colaborativo (FC) que basan su funcionamiento en parámetros proporcionados por distintos elementos en su conjunto; no siendo mutuamente excluyentes, se pueden encontrar sistemas que utilizan una combinación de ambos métodos.

A. HERRAMIENTA DE APOYO PARA EL APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA DE MATEMÁTICAS PARA ALUMNOS DE TERCERO DE SECUNDARIA.

El objetivo de este trabajo es aplicar los conocimientos adquiridos en la formación académica de los alumnos de la carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales de la ESCOM, para desarrollar una herramienta de software interactiva para reforzar los contenidos temáticos impartidos en el aula y que han sido incluidos en el examen de EXCALE 2005. Este proyecto consta de los siguientes módulos: − Módulo de Administración: lleva acabo la administración de usuarios, y de la información contenida en la base de datos (ejercicios para resolver, información y animaciones referentes a los subtemas).

− Módulo de Información: contiene los ejercicios, animaciones e información de los subtemas.

− Módulo de Consultas: permite llevara a cabo las consultas de los subtemas tanto por tutorial como subtemas específicos.

− Módulo de evaluación: en este modulo se generan las evaluaciones que serán presentadas al usuario a lo largo de la aplicación, las clasificamos en dos tipos: examen de colocación y prueba; donde el examen de colocación nos permite generar el Tutorial de acuerdo a los conocimientos que posee el usuario sobre matemáticas y la prueba nos e permite saber si el usuario ha comprendido los conceptos del subtema que acaba de consultar y también permite actualizar el tutorial del mismo.

En la siguiente figura, se muestra el diagrama de contexto, en él se indican los flujos de información existentes, las entidades con las que contamos son las siguientes:

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− Información. Se refiere a los temas, ejercicios y reactivos que integran el sistema.

− Evaluación. Indica la prueba que realiza el usuario para mostrar el contenido de acuerdo a los conocimientos que presente de cada tema.

− Contenido. Se encarga de obtener y mostrar el o los temas que el usuario solicite ya sea de forma libre o a través de la evaluación

En el diagrama de flujo del sistema, el cual se muestra en la siguiente figura, se aprecian las opciones con las que el usuario cuenta, para navegar a lo largo del sistema.

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B. HERRAMIENTA DE APOYO PARA EL APRENDIZAJE DE LA

ASIGNATURA DE ESPAÑOL PARA ALUMNOS DE TERCERO DE SECUNDARIA.

El objetivo de este trabajo fue el desarrollo de un sistema de apoyo para el aprendizaje de la asignatura de español a nivel tercero de secundaria tomando en cuenta el plan de estudios marcado por la SEP y los contenidos temáticos considerados por el INEE. Este trabajo consta de los siguientes módulos: - Módulo de Ejercicios. Diseñar y presentar los ejercicios adecuados para el tipo de alumno, basándose en su nivel (básico, intermedio y avanzado) y estilo de aprendizaje.

- Módulo de ortografía. Presentar material adecuado para que el alumno pueda adquirir los conocimientos necesarios para una posterior evaluación.

- Módulo de semántica y sintaxis. Diseñar material adecuado para el aprendizaje correcto de la propiedad de los géneros y tipos de texto.

- Módulo de gramática. Proporcionar ejercicios de gramática, aplicando los métodos de enseñanza y técnicas de aprendizaje necesarios.

El siguiente diagramase muestra la estructura física de la base de datos especificando el tipo de datos necesarios en cada atributo de las diferentes entidades.

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C. SISTEMA DE SELECCIÓN DE MATERIALES EN LA WEB APLICANDO FILTRADO COLABORATIVO.

Diseñar una herramienta de software utilizando algoritmos de filtrado colaborativo, que permitan automatizar el proceso de recomendación social de sitios web, generando una serie de opciones compuestas por aquellos elementos que mejor se adapten a un perfil de usuario dado y que no hayan sido considerados antes por el mismo. Los módulos que componen este sistema son los siguientes: - Módulo de instalación. Este módulo es el primero en ejecutarse, su función primordial es preparar el entorno, determinando los parámetros de operación tales como: El sistema operativo, el entorno de ejecución, el administrador de base de datos, los privilegios de ejecución, en este módulo se pide al usuario administrador datos básicos de entrada, como directorios de ejecución, además de estas operaciones es en este modulo en donde se optimiza el código para su mejor desempeño de acuerdo al sistema operativo. Si este modulo concluye satisfactoriamente se puede pasar a la siguiente fase del proceso, de lo contrario se le

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informará el tipo del error al usuario, en ciertas ocasiones las posibles excepciones son resultado de la falta de componentes o actualizaciones, por lo que este módulo instalará los entornos necesarios y que hagan falta para el funcionamiento del sistema correcto del sistema tales como servidores, entornos de ejecución, controladores, etcétera.

- Módulo de configuración. Este subsistema actúa como interfaz del usuario administrador y el sistema, en el se ingresan los parámetros iníciales de operación, pide al usuario una contraseña y un nombre de usuario, el cual deberá ingresar cada vez que inicie este módulo, en esta fase se verifican las conexiones a las distintas BD, se determina la validez de los esquemas, se genera una meta base de datos en ella se almacenan los campos que serán monitoreados, y se declaran los esquemas de todas las bases de datos del sistema, su tipo, etc. En esta fase se inicia el servicio del motor de recomendaciones con los parámetros dados.

- Módulo de normalización de datos. Este módulo es el encargado de extraer los datos de las fuentes de datos proporcionadas por el usuario administrador, con previo ingreso de una clave de conexión a las bases de datos, en esta fase se analizan los datos de cada usuario en el sistema anfitrión, los productos y las categorías, es aquí donde se inicia el proceso de alta de usuarios en el motor de recomendación a través de consultas y comandos se analizan tablas que los relacionan y en base a ello se formula la estructura primaria del SR.

- Módulo de recomendaciones. Este es el modulo más importante del sistema en el recaen las responsabilidades de procesamiento de consultas y operación sobre las matrices entidad usuario, agrupación, y recuperación, el rendimiento de todo el sistema está basado directamente en la funcionalidad de este módulo, es por eso que se ha determinado que opere en código nativo dependiente del sistema operativo, su interfaz de operación queda determinado por un serie de operaciones estándar entre las que se encuentran listadas a continuación:

- Alta de usuario en el motor, regresa un índice correspondiente al nuevo usuario sus parámetros son: comando, si esta operación causa una excepción se regresa un valor negativo.

- Alta de producto en el motor, regresa un índice correspondiente al identificador de producto, sus parámetros

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son comando, si esta operación causa una excepción se regresa un valor negativo.

- Establece calificación de un usuario para un producto, sus parámetros son: Índice usuario, índice producto, calificación, de esta secuencia se pueden derivar otras consistentes en la actualización de múltiples valores para un producto o usuario, regresa un indicador de éxito si la operación ocurrió sin problemas.

- Consulta de calificación estimada de un producto de parte de un usuario, si este ya calificó el producto, regresa dicha calificación de lo contrario calcula un rango de calificación estimada, si este no se puede determinar entonces se regresa un valor nulo.

- Consulta de subconjuntos: regresa una lista ordenada para un usuario de los M productos (aun no calificados) con las calificaciones estimadas más altas para ese usuario, sus parámetros son el índice de usuario, y M, si no existen elementos regresa nulo.

- Consulta de subconjuntos: regresa una lista de hasta M usuarios para los cuales el producto J tiene altas calificaciones estimadas, sus parámetros, producto y valor de M, si no tiene éxito la consulta regresa nulo.

- Regresar una lista de hasta M usuarios, que han calificado productos en común con el usuario actual, sus parámetros: induce de usuario actual, si no existen coincidencias se regresa nulo.

- Regresar una lista de hasta M usuarios, que tienen mayor similitud con el usuario actual, sus parámetros: índice de usuario actual, si no existen coincidencias se regresa nulo.

- Petición de reinicio de servicios, se carga de nuevo el archivo de configuración y se actualizan los nuevos parámetros.

El diagrama a bloques del desarrollo de esta aplicación se presenta en la siguiente figura:

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IX. RESULTADOS La formación de profesionales en el campo de la computación plantea

un compromiso doble a los profesores que se encargan de realizar esta tarea, por un lado lo referente al manejo de tecnologías de punta, que les permita a su egreso insertarse con muchas posibilidades de éxito en un mercado laboral dinámico, que espera de ellos capacidad de aprender a lo largo de la vida y por otro lado el desarrollo de competencias personales, como la capacidad de análisis y la solución de los problemas que se les plantean En este trabajo se lograron los dos objetivos antes citados, ya que, durante el desarrollo de este proyecto de investigación, se expuso a los alumnos a realizar una investigación de la situación que en materia de evaluación enfrenta México y por otro lado la aplicación de las TICs para apoyar el aprendizaje y la selección de material más apropiado aplicando tecnologías Web.

X. IMPACTO Y CONCLUSIONES Sin duda alguna, el mayor impacto que se logró en este proyecto de investigación esta asociado a la creación de software educativo dinámico, con elementos que el estudiante demanda acorde a su nivel de

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conocimiento. Este tipo de sistemas son innovadores debido a que proporcionan realmente una forma de gestionar el conocimiento del estudiante, ya que partiendo de sus conocimientos previos, el software de manera automática presenta una serie de material organizado de manera lógica para un aprendizaje continuo. XI. BIBLIOGRAFÍA

Ardilla, Ruben. (1976). “Psicología del aprendizaje”. 8ª Edición. Editorial Siglo

XXI. México. Ausubel, Novak, Hanesian. (1983). “Psicología educativa: Un punto de vista

cognoscitivo”. 2ª Edición. Editorial Trillas. México. Banco Mundial. (2003). “Construir Sociedades de Conocimiento: Nuevos

Desafíos para la Educación Terciaria”. Ediciones Banco Mundial. (Documento Web). http://www1.worldbank.org/education/tertiary/documents/CKS-spanish.pdf. Marzo de 2007.

Herrera, Viedma E y Peis E. (2003). “Evaluating the Informative Quality of Documents in SGML Format Using Fuzzy Linguistic Techniques Based on Computing with Words”. Information Processing & Management. Estados Unidos.

Herrera, Viedma E, Olvera L, Peis E. (2003). “Revisión de los sistemas de recomendaciones para la recuperación de información. Tendencias de investigación en organización del conocimiento”. Editorial Críspulo Travieso. Universidad de Salamanca, España.

Kaufam, Ana María y Rodríguez, María Elena. (1993). “La escuela y los textos”. Editorial Santillana. Buenos Aires, Argentina.

Lemke, L. Jay. (1997). “Psicología educativa”. 2ª Edición. Editorial Mc. Graw Hill. Buenos Aires, Argentina.

Morris, Charles. (1995). “Psicología”. 9ª Edición. Editorial Mc. Graw Hill. México.

OCDE. (1996). “The knowledge-Based Economy”, Ediciones OCDE. (Documento Web). http://www.oecd.org/dataoecd/51/8/1913021.pdf. Abril de 2007.

Portal INEE. (2007). “Instituto Nacional para la Evaluación Educativa”. (Portal Web). LIGA. Febrero de 2007.

Portal OCDE. (2007). “Organización para la cooperación y el Desarrollo Económico”. (Portal Web). LIGA. Febrero de 2007.

Portal SEP. (2007). “secretaría de Educación Pública”. (Portal Web). LIGA. Marzo de 2007.

Pressman, Roger. (1993). “Ingeniería de Software. Un enfoque práctico”. 3ª Edición. Editorial Mc. Graw Hill. España.

Página 17 de 17

UNESCO. (2005). “Hacia las sociedades del conocimiento”. Ediciones UNESCO. (Documento Web). http://www.unesco.org/es/worldreport. Marzo de 2007.

Zadeh, L. A. (1975). “The concept of a linguistic variable and its applications to approximate reasoning”. Information Sciences, Estados Unidos.