Diseño e Implementación de un Laboratorio Virtual de Biotecnología.

Este trabajo describe el diseño y la implementación de un laboratorio virtual de biotecnología, en el que uno o más estudiantes pueden realizar una práctica de ingeniería genética. Esta práctica consiste en modificar genéticamente un árbol (chopo) para dotarlo de una mayor resistencia a enfermedades, especialmente las producidas por hongos. Como parte de este trabajo, se ha realizado un análisis sobre plataformas existentes para la creación de entornos virtuales, tales como Second Life, Bitmanagement Software Collaborate System, OpenSimulator, Open Wonderland; además se han presentado otros trabajos similares a éste existentes en la literatura científica. En este análisis, la plataforma OpenSimulator fue seleccionada por ser gratuita y de código libre, además, al estar basada en Second Life, hereda su facilidad para la creación de mundos virtuales. Una práctica de laboratorio se modela como un protocolo o secuencia de acciones que se deben llevar a cabo. Para validar las acciones del estudiante se ha implementado un objeto, llamado tutor, que verifica la correcta realización de la práctica, y proporciona pistas sobre la siguiente acción a ejecutar. Este objeto posee una programación genérica, que se puede reutilizar en el desarrollo de otras prácticas de laboratorio a través de sencillas modificaciones en su configuración. Finalmente, en este trabajo se presentan los modelos y especificaciones para la construcción del laboratorio virtual

A model for student action prediction in 3D virtual environments for procedural training

This paper presents a predictive student actionmodel, which uses student logs generated by a 3D virtual environment for procedural training to elaborate summarized information. This model can predict the most common behaviors by con- sidering the sequences of more frequent actions, which is useful to anticipate common student? errors. These logs are clustered based on the number of errors made by each stu- dent and the total time that each student spent to complete the entire practice. Next, for each cluster an extended au- tomata is created, which allows us to generate predictions more reliable to each student type. In turn, the action pre- diction based on this model helps an intelligent tutoring sys- tem to generate students? feedback proactively

An architecture for virtual labs in engineering education

This paper describes the preliminary results of an educational innovation project in which virtual world technologies have been used to build up a set of virtual laboratories oriented to engineering studies. Focusing on the architecture of a biotechnology laboratory created in this project, we describe how this architecture will also be adopted in other labs under construction, so that these labs can also take advantage of the same educational benefits. Instead of relying on a commercial software solution, these labs have been created with an open source software infrastructure named OpenSim. The limitations found in OpenSim and the solutions that have been provided to overcome these limitations are shown

Propuesta de un Modelo de Comportamiento Colectivo de Estudiantes para un Sistema Inteligente de Tutoría dirigido al Entrenamiento Procedimental

La educación ha sacado provecho de los sistemas computacionales desde los años cuarenta. De ahí nacen los entornos de aprendizaje por computador, que luego con el paso del tiempo y la evolución tecnológica, han ido mejorando inspirados en las teorías constructivistas del aprendizaje. A finales de los años ochenta, surgen los llamados Sistemas Inteligentes de Tutoría (SIT), los cuales son aplicaciones instruccionales que utilizan técnicas de inteligencia artificial para decidir lo que se debe enseñar en cada momento a un alumno y/o las estrategias más adecuadas para ayudarle a asimilar mejor los conocimientos. Para ello, es muy importante conocer al alumno para poder adaptar la enseñanza a sus necesidades. Por esta razón se han desarrollado diferentes modelos del estudiante, los cuales representan el conocimiento que tiene el SIT acerca de un alumno. Estos sistemas contienen arquitecturas e implementaciones complejas, las cuales normalmente necesitan poseer información a priori del estudiante. Ahora bien, si el SIT no tiene suficiente información acerca de un estudiante, por ejemplo, en el caso de alumnos nuevos, un modelo de este tipo no podrá otorgar predicciones fiables acerca del futuro rendimiento de dicho alumno. Por otro lado, la minería de datos es conocida por su capacidad para predecir el comportamiento de los usuarios. Y, gracias a la popularidad de los entornos de aprendizaje por computador, la comunidad científica ha tenido acceso a una gran cantidad de datos que detallan el comportamiento de los estudiantes en esos sistemas. De la aplicación de la minería de datos a los datos registrados en estos entornos de aprendizaje, nace la disciplina conocida como Educational Data Mining. Sin embargo, existen pocos trabajos en la literatura que exploren el potencial del Educational Data Mining a la hora de predecir el comportamiento de los estudiantes en entornos de entrenamiento procedimental. Es precisamente para proponer una solución a este problema, en donde esta tesis realiza su principal aportación, un modelo de comportamiento colectivo de estudiantes. El principal objetivo de este modelo es predecir las acciones que podría realizar un estudiante en un entorno de entrenamiento procedimental, para así poder generar una tutoría basada en esta predicción. Para ello, este modelo se construye a partir de los registros de actividad de estudiantes (logs) que utilizaron dicho entorno de entrenamiento con el mismo fin. Estos logs son divididos inicialmente en grupos mediante una técnica de clusterización. Posteriormente, para cada clúster se crea un autómata extendido a partir de las secuencias de eventos encontradas en los registros de actividad de los estudiantes en dicho clúster, siguiendo una técnica exhaustiva de minería de secuencias. Esta tesis también presenta el diseño de un visualizador interactivo del modelo de comportamiento colectivo de estudiantes. Este visualizador ha sido diseñado siguiendo las recomendaciones de expertos en usabilidad de sistemas de presentación de información, con el fin de que la interacción con el autómata sean lo más intuitivas y efectivas posibles. Además, se presenta una estrategia de tutoría, que, mediante la técnica pedagógica del andamiaje, proporciona una ayuda adaptada a las necesidades de cada estudiante para que sea capaz de superar su zona de desarrollo próximo a lo largo del proceso de entrenamiento. Esta estrategia recurre, en primer lugar, al modelo del estudiante propuesto en otra tesis doctoral, y si este modelo no puede proporcionar predicciones fiables, recurre en segunda instancia al modelo propuesto en esta tesis. La capacidad de predicción de este modelo y la utilidad del visualizador para mejorar la retroalimentación otorgada por un SIT o la docencia de un profesor, han sido validadas utilizando los logs registrados en un laboratorio virtual 3D de biotecnología. Como resultado de estas validaciones se concluyó que el modelo puede proveer predicciones lo suficientemente fiables como para que un SIT ofrezca un soporte adaptado a cada tipo de alumno. Además, se comprobó que el visualizador permitió realizar mejoras en la retroalimentación del tutor automático integrado en un entorno de aprendizaje procedimental, en la medida de que se redujeron los errores de los alumnos en las partes de la práctica cuya tutoría fue mejorada

A Cost-Effective Approach for Procedural Training in Virtual Worlds

Virtual worlds are one of the most promising and interesting lines of research and development in e-learning. Also, the recent maturity of 3D virtual world platforms like Second Life or OpenSimulator has made it possible to deploy such systems at a low cost in schools, colleges or companies. Therefore, these virtual world platforms have enabled the development of cost-effective virtual laboratories. However, there are few empirical studies to support the educational value of Virtual Worlds for Procedural Training (VWPT), especially when they are equipped with automatic tutors. In this paper we present an empirical study that provides evidence in favor of the educational value of virtual worlds. To be precise, we describe the evaluation of a biotechnology VWPT implemented on top of OpenSimulator. We have implemented an automatic tutor within this virtual laboratory in order to supervise and guide students during task practice. This tutor is configurable and can be reused in different VWPTs. This facilitates the development of VWPTs. This virtual laboratory has been evaluated by domain experts (university professors) and students over a three-year period as part of a university course. The analysis of this evaluation has shown good results for usability, user satisfaction and perceived educational utility. It has also served to demonstrate that the virtual laboratory is resilient and reliable. This supports the applied technical approach

Clasificación de emociones utilizando señales de auriculares EEG y Random Forests

Emotions are one of the important components of the human being, thus they are a valuable part of daily activities such as interaction with people, decision making and learning. For this reason, it is important to detect, recognize and understand emotions using computational systems to improve communication between people and machines, which would facilitate the ability of computers to understand the communication between humans. This study proposes the creation of a model that allows the classification of people's emotions based on their EEG signals, for which the brain-computer interface EMOTIV EPOC was used. This allowed the collection of electroencephalographic information from 50 people, all of whom were shown audiovisual resources that helped to provoke the desired mood. The information obtained was stored in a database for the generation of the model and the corresponding classification analysis. Random Forest model was created for emotion prediction (happiness, sadness and relaxation), based on the signals of any person. The results obtained were 97.21% accurate for happiness, 76% for relaxation and 76% for sadness. Finally, the model was used to generate a real-time emotion prediction algorithm; it captures the person's EEG signals, executes the generated algorithm and displays the result on the screen with the help of images representative of each emotion

A cost-effective approach for procedural training in virtual worlds

Virtual worlds are one of the most promising and interesting lines of research and development in e-learning. Also, the recent maturity of 3D virtual world platforms like Second Life or OpenSimulator has made it possible to deploy such systems at a low cost in schools, colleges or companies. Therefore, these virtual world platforms have enabled the development of cost-effective virtual laboratories. However, there are few empirical studies to support the educational value of Virtual Worlds for Procedural Training (VWPT), especially when they are equipped with automatic tutors. In this paper we present an empirical study that provides evidence in favor of the educational value of virtual worlds. To be precise, we describe the evaluation of a biotechnology VWPT implemented on top of OpenSimulator. We have implemented an automatic tutor within this virtual laboratory in order to supervise and guide students during task practice. This tutor is configurable and can be reused in different VWPTs. This facilitates the development of VWPTs. This virtual laboratory has been evaluated by domain experts (university professors) and students over a three-year period as part of a university course. The analysis of this evaluation has shown good results for usability, user satisfaction and perceived educational utility. It has also served to demonstrate that the virtual laboratory is resilient and reliable. This supports the applied technical approach

Students' evaluation of a virtual world for procedural training in a tertiary-education course

This paper presents an investigation on the educational value of virtual worlds intended for the acquisition of procedural knowledge. This investigation takes as a case of study a virtual laboratory on biotechnology. A remarkable feature in this virtual laboratory is an automatic tutor that supervises student's actions and provides tutoring feedback when it is appropriate. The study presented in this paper covers two different aspects of the system. Firstly, it analyses the impact of this virtual world in learning some concepts related to a biotechnology practice; and secondly, it surveys the students' opinion on the virtual world by means of three open questions (positive, negative and general impressions). Results demonstrated that the virtual world had a positive influence in the students' knowledge and it was well received by them