Protocolo de investigación

Integrante del DSI

El Ing. Jorge A. Cocca es el único integrante del equipo de investigación del Proyecto de Estrategias y recursos para el desarrollo de competencias en la formación de ingenieros”, que es docente del Departamento de Sistemas e Informática (DSI).
Cátedra
El trabajo lo realizará en la asignatura Digital I, de la carrera de Ing. Electrónica.
PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN
Tema:
Diseño de situaciones de aprendizaje aptas para el desarrollo de competencias para la modelización de Sistemas Lógicos Secuenciales complejos mediante las Redes de Petri.
Formulación del problema
En el diseño de Sistemas Lógicos Secuenciales complejos es fundamental la modelización de su comportamiento lógico, previo a su implementación tecnológica. Esto permite analizar el buen funcionamiento del modelo y optimizar la solución y posteriormente seleccionar la tecnología más apropiada para su implementación circuital. También permite realizar los cambios en la lógica que se consideraran adecuados en el proceso de diseño, realizando pequeños ajustes en el modelo, sin necesidad de rehacer todo el trabajo, como ocurriría si se trabajara directamente con la tecnología de implementación. Además, si el sistema a diseñar es complejo, la dificultad de un diseño sin modelo previo del comportamiento sería demasiado grande.
Desde este punto de vista, las Redes de Petri constituyen una herramienta de gran potencia para ello, comparado con otras herramientas como el método de Huffman-Moore, por ejemplo. Sobre todo en el modelado de sistemas concurrentes.
En particular en la Automática, se hace un uso restringido de la herramienta, ya que todas las redes resultantes son binarias. De manera que el “contenido temático” a desarrollar es breve, pero el desarrollo de la competencia para modelizar problemas complejos con esta herramienta es de una gran complejidad cognitiva para el alumno.
¿Por qué el tema?
El desarrollo de competencias es un tema relevante y de gran importancia en el momento actual en la educación superior, sobre todo en las carreras profesionales como la ingeniería. En el marco del CONFEDI se llegó, en octubre de 2006, al Primer Acuerdo sobre Competencias Genéricas en Carreras de Ingeniería de la Argentina. Por otro lado, la Acreditación de las Ingenierías en el 2017 se hará con la incorporación de las competencias. Es decir, la temática es de gran actualidad.
Por otra parte, en la asignatura Digital I de la carrera de Ingeniería Electrónica que se dicta en la FCEIA-UNR, el tema de Redes de Petri se ha convertido, para los alumnos, en el verdadero obstáculo a superar para poder aprobar la materia.
Estado del arte
Desde el punto de vista del modelo de Redes de Petri, cabe mencionar que es una herramienta de gran potencia para el modelado de sistemas lógicos. La gran ventaja que tiene sobre otras herramientas es que el estado interno global del sistema se conforma a través del “marcado” de la red, el cual es una especie de confluencia de descripciones “locales” de distintos procesos. Esto facilita enormemente el modelado de sistemas concurrentes, ya que pueden modelarse los procesos componentes “en paralelo”, no requiriendo memorizar la descripción global con un solo nodo, lo que necesitaría que se considerara la multiplicidad de estados globales posibles, que en el caso de sistemas concurrentes suelen ser demasiado numerosos (pudiendo llegar a cientos de estados necesarios).
Desde el punto de vista del conocimiento didáctico y pedagógico, hay una carencia de estudios previos en el área de la enseñanza del modelado de sistemas lógicos con Redes de Petri.
Objetivos
1.      Identificar las causas de los obstáculos que encuentran los alumnos para el desarrollo de competencias para modelizar Sistemas Lógicos Secuenciales complejos mediante las Redes de Petri.
2.      Proponer con base en la investigación (Diseñar) las situaciones de aprendizaje aptas para que los alumnos puedan superar dichos obstáculos y desarrollen competencias en la modelización de sistemas lógicos secuenciales complejos mediante Redes de Petri.
3.      Evaluar dichas situaciones de aprendizaje en el marco de un estudio piloto
Hipótesis
Se sustenta en calidad de hipótesis que las dificultades detectadas en el rendimiento académico de los aprendizajes de los alumnos en relación con las Redes de Petri se deben, entre otras cosas, a:
a)     La dificultad que tienen los alumnos para “descubrir” los estados internos necesarios de memorizar para no perder información relevante, sin memorizar información no relevante que complejice la solución.
b)     La existencia en los procesos cognitivos de los alumnos, de pensamientos erróneos típicos al momento de elaborar el modelo, que sería necesario identificar.
c)      La dificultad que tienen los alumnos para rever su planteo original una vez que comienzan a pensar la resolución del problema de determinada manera. Habitualmente quedan como “entrampados” en su propia estrategia, cuando ella es inadecuada.
Grado de avance
En relación con el objetivo 1, se han investigado dificultades de los alumnos al resolver problemas en situación de clase y/o de examen, habiéndose detectado:
a)     La dificultad que tienen para analizar su propia solución y corregirla, ya que en ese momento, en vez de mirar el comportamiento del modelo de manera “objetiva” teniendo en cuenta las alternativas de eventos posibles y las reglas de evolución, el mismo tipo de pensamiento erróneo en la etapa de diseño se reproduce en el análisis, y no es advertido el mal funcionamiento del modelo propuesto, lo cual impide su corrección.
b)     Al ser un diseño, no existe una única solución válida, por lo que no pueden “verificar” la validez del resultado obtenido sin ayuda del docente, dada la dificultad que encuentran para hacer el análisis de lo que producen.
c)      La dificultad que encuentran en descomponer el comportamiento lógico global del sistema en subcomportamientos componentes de manera de dividir en subsistemas interrelacionados en los casos en que sea necesario o en que se obtenga una solución más simple del problema de esa manera.
d)     La dificultad para determinar en qué casos es necesario o conveniente realizar la división en subsistemas y en qué casos no.
En relación con el objetivo 2, del ensayo de diversos abordajes, se han obtenido los siguientes resultados parciales:
El abordaje tradicional, de tipo deductivo, donde se da la teoría y se resuelven problemas de aplicación, algunos por el docente a manera de ejemplo y los demás por los alumnos con la asistencia del docente, no alcanza para que los alumnos puedan superar satisfactoriamente los obstáculos para el desarrollo de las competencias necesarias para el modelado.
Un abordaje más intuitivo, de carácter inductivo, teorizando a partir de problemas favorece la comprensión de la problemática del diseño, así como motiva a los estudiantes, pero esta estrategia es costosa en tiempo y requiere de una posterior sistematización. Puede ser un componente valioso de una estrategia integral más abarcartiva.
Otro posible enfoque sería un abordaje más analítico, mediante la resolución de problemas elementales típicos que serán componentes de problemas más complejos, favoreciendo la sistematización. El desafío en el uso de este enfoque sería no producir una mecanización donde los alumnos terminen aplicando “recetas” parciales de manera inapropiada al resolver un problema.
Impacto
Los resultados que se obtengan en el presente trabajo de investigación contribuirán a mejorar las estrategias de enseñanza en la asignatura, así como incrementar el conocimiento respecto a las dificultades cognitivas de su aprendizaje y la efectividad de las estrategias utilizadas. Es de suponer que esto contribuirá a mejorar el avance regular de los alumnos, así como su rendimiento académico.
Por otro lado, estos resultados serán transferidos a la comunidad académica del área, mediante comunicaciones en congresos y publicaciones científicas en revistas del área.