Memoria ID11-129. Ayudas de la Universidad de Salamanca para la innovación docente, curso 2011-2012

García Vasallo, Beatriz

Rabanillo de la Fuente, Miguel Ángel

Rengel Estévez, Raúl

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Memoria ID11-129. Ayudas de la Universidad de Salamanca para la innovación docente, curso 2011-2012.El presente Proyecto de Innovación Docente ha estado orientado a la mejora docente de la
asignatura Arquitectura de Computadores I perteneciente al Grado en Ingeniería Informática en Sistemas de Información, que se imparte desde el curso 2010‐2011 en la Escuela Politécnica Superior de Zamora (EPSZ). La temática de Arquitectura de Computadores I se centra en dotar a los alumnos tanto de conocimientos técnicos (fundamentos de electrónica digital, manejo y diseño de circuitos combinacionales y secuenciales, etc.) como de competencias que les permitan abordar de forma autónoma proyectos multidisciplinares relacionados con la Electrónica Digital. El objetivo principal ha sido mejorar el aprendizaje activo de los fundamentos de circuitos digitales, debido al carácter eminentemente práctico que deben tener las asignaturas adaptadas al EEES

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VICERRECTORADO DE DOCENCIA     Patio de Escuelas, nº 1 37071 ‐ Salamanca              Informe final Proyecto de Innovación Docente ID11/129  “Uso de FPGAs y medios audiovisuales en la docencia de la Electrónica Digital”      Participantes:   Beatriz García Vasallo        Raúl Rengel Estévez       Miguel Ángel Rabanillo de la Fuente   Departamento de Física Aplicada Escuela Politécnica Superior de Zamora, Campus Viriato         1Datos del proyecto de innovación docente  TÍTULO: Uso de FPGAs y medios audiovisuales en la docencia de la Electrónica Digital    REFERENCIA: ID11/129   PDI RESPONSABLE:  BEATRIZ GARCÍA VASALLO  CENTRO:  ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE ZAMORA.  MIEMBROS DEL EQUIPO:  BEATRIZ GARCÍA VASALLO RAÚL RENGEL ESTÉVEZ MIGUEL ÁNGEL RABANILLO DE LA FUENTE  DURACIÓN:  CURSO ACADÉMICO 2011/12   SUBVENCIÓN CONCEDIDA: 650 €   Objetivos El presente Proyecto de  Innovación Docente ha estado orientado a  la mejora docente de  la asignatura Arquitectura de Computadores  I perteneciente al Grado en  Ingeniería  Informática en Sistemas de Información, que se imparte desde el curso 2010‐2011 en la Escuela Politécnica Superior de Zamora (EPSZ). La temática de Arquitectura de Computadores I se centra en dotar a los alumnos tanto de conocimientos técnicos (fundamentos de electrónica digital, manejo y diseño  de  circuitos  combinacionales  y  secuenciales,  etc.)  como  de  competencias  que  les permitan  abordar  de  forma  autónoma  proyectos  multidisciplinares  relacionados  con  la Electrónica Digital. Con  el  objetivo  principal  de mejorar  el  aprendizaje  activo  de  los  fundamentos  de  circuitos digitales, dado el carácter eminentemente práctico que deben tener las asignaturas adaptadas al  EEES,  y  basándonos  en  la  experiencia  que  supuso  el  primer  año  de  docencia  de  esta asignatura, habían sido definidos los siguientes objetivos en el presente proyecto:  Uso de los FPGAs para el aprendizaje de la lógica programable. De forma aplicada, se ha  introducido a  los alumnos en el campo de  la  lógica programable, en particular, de los FPGAs  (Field Programmable Gate Arrays) mediante  la programación básica de  los mismos.  Esto  ha  tenido  lugar  fundamentalmente  a  través  de  la  interfaz  de  2programación gráfica, que nos ha permitido a su vez hacer que los alumnos descubran las posibilidades del lenguaje VHDL.  Introducción  de  medios  audiovisuales  en  la  elaboración  de  informes.  Hemos sustituido  el  tradicional  informe  de  laboratorio  por  vídeos  que  han  servido  para  la evaluación directa de las competencias relacionadas con las prácticas adquiridas por el alumno. El funcionamiento de cada circuito realizado en el laboratorio ha sido grabado en  vídeo  junto  con  la  explicación  correspondiente.  Durante  el  primer  curso  de impartición de  la asignatura habíamos constatado que  las  técnicas audiovisuales son un  gran  aliciente  para  que  los  alumnos  estén  motivados  tanto  por  la  correcta realización del  circuito  como por  la  explicación  teórica de  su  funcionamiento.  En  el presente  curso  hemos  tratado  esta  innovación  docente  de  forma  sistemática  y organizada.  Actuaciones realizadas Para  alcanzar  los  objetivos  propuestos  en  el  proyecto  hemos  ejecutado  las  siguientes  de actuaciones: Uso de los FPGAs para el aprendizaje de la lógica programable Con el presupuesto concedido en la realización del proyecto, hemos adquirido 8 circuitos FPGA (Field  Programmable  Gate  Array,  en  concreto  el  modelo  Altera  DE0  Board  de  Terasic Technologies,  Figura  1),  lo  cual  ha  posibilitado  en  primer  lugar  la  familiarización  del profesorado  con  los  mismos,  y  posteriormente,  la  realización  de  varias  demostraciones prácticas,  con  la  participación  activa  del  alumnado  presente.  Los  estudiantes  han  podido observar  las posibilidades de  los  lenguajes de programación hardware, y  contrastar  con  sus propias experiencias de diseño de bajo nivel mediante puertas lógicas y biestables. Para la enseñanza de lógica programable han sido diseñados una serie de elementos para ser utilizados  con  los  FPGAs  y  se  ha  elaborado  el  material  didáctico  adecuado  basado  en programas  fácilmente  manipulables  por  los  alumnos.  Tras  una  introducción  teórica  los alumnos han podido acceder y modificar la programación harware de un FPGA. De esta forma, los FPGAs han servido como  introducción a  las materias más complejas que pueden estudiar en  cursos posteriores y  les ha permitido  conocer de manera aplicada uno de  los elementos más  empleados  hoy  día  en  el  diseño  de  todo  tipo  de  sistemas  digitales  profesionales.  El seminario aplicado se llevó a cabo en el Laboratorio de Electrónica de la EPSZ y se emplearon tanto  los FPGAs adquiridos como ordenadores portátiles  llevados por  los profesores para su realización.  3 Figura 1. Circuitos FPGA Altera DE0 empleados en los seminarios.   Introducción de medios audiovisuales en la elaboración de informes Para  la  realización  de  las  prácticas  en  el  Laboratorio  de  Electrónica  (Figura  2),  hemos considerado  la  realización  de  los  informes  de  las mismas mediante  la  grabación  de  vídeos donde se ha explicado en detalle cada circuito  implementado. Así,  la metodología seguida en el laboratorio es la siguiente:   Figura 2. Laboratorio de Electrónica  en la Escuela Politécnica Superior de Zamora.  Anteriormente a la práctica de laboratorio, los estudiantes diseñan el circuito que en cada caso deben  implementar  mediante  el  uso  de  software  de  apoyo  (Logisim),  comprobando  y entendiendo  su  funcionamiento  antes  de  llegar  al  laboratorio.  Una  vez  implementado  y comprobado el circuito (llevado a cabo en grupos pequeños de 2‐3 personas) como informe de prácticas hemos propuesto, como alternativa al  tradicional  informe escrito,  la  realización de videos  en  los  que  los  propios  alumnos  describiesen  el  diseño,  implementación  y comportamiento  de  dicho  circuito.  Para  ello  ha  sido  necesario  que  al  menos  uno  de  los integrantes del grupo tenga un teléfono móvil con cámara incorporada, lo cual en la actualidad  4no  presenta  ningún  problema.  Se  ha  enviado  cada  vídeo  vía  e‐mail  o  ha  sido  subido directamente  al  espacio  de  la  asignatura  en  Studium  junto  con  el  circuito  simulado. Aprovechando  la  plataforma  on‐line  de  la  Universidad,  hemos  habilitado  un  espacio  en Studium  para  la  subida  de  archivos  de  vídeo,  incluyendo  un  foro  de  discusión  sobre  el funcionamiento de los distintos diseños circuitales (visualizable en la Figura 3).  Figura 3. Portada del espacio de la asignatura en Studium. Los circuitos más complejos han sido posteriormente visualizados y debatidos por parte de los otros grupos (que a su vez han debido presentar sus vídeos correspondientes).  El sistema de  5evaluación ha sido convenientemente adaptado a esta situación, puesto que no sólo se puede evaluar la explicación teórica de los circuitos digitales trabajados, sino también la capacidad de los  alumnos  para  explicar  de  forma  oral  tanto  la  implementación  (materiales  empleados, dificultades encontradas…) como el funcionamiento circuital.  Resultados y conclusiones  El resultado principal de este Proyecto de Innovación Docente ha sido un aumento notable del interés  de  los  alumnos  por  la  materia  junto  con  una  mejora  en  su  rendimiento,  con  la consecuente  adquisición  de  los  conocimientos  técnicos  de  la  asignatura,  así  como  de  las competencias que les permitan desenvolverse con mayor soltura a la hora de diseñar circuitos digitales y resolver problemas propios de la ingeniería. También hemos aumentado su interés por el uso de tecnologías de plena actualidad en el diseño de circuitos digitales, como son los FPGAs,  lo  que  esperamos  sirva  también  para  una  mayor  motivación  en  asignaturas  más avanzadas en cursos posteriores directamente relacionadas con la materia objeto del presente Proyecto.    Figura 4. Valoración por parte de los alumnos tanto del seminario práctico realizado con FPGAs como de los informes de las prácticas de laboratorio basados en vídeos (extracto del espacio de la asignatura en Studium) Para  la valoración por parte de  los alumnos tanto del seminario práctico realizado con FPGAs como de  la nueva metodología para  realizar  informes de prácticas basados en vídeos,  se ha realizado  una  vez  finalizado  el  curso  una  encuesta  mediante  un  cuestionario  anónimo  y  6voluntario a través de la web en Studium. Los resultados relativos a los objetivos del presente Proyecto son los mostrados en la Figura 4. Como  podemos  observar,  en  general  la  valoración  de  los  alumnos  ha  sido  positiva, especialmente a  las preguntas referidas a  las prácticas de  laboratorio y  la metodología con  la que  se  han  llevado  a  cabo.  En  cuanto  al  seminario  aplicado  de  FPGAs,  se  esperaba  una valoración mejor en  la  realización del seminario aplicado  realizado. En entrevistas  llevadas a cabo  al  finalizar  el  seminario  y  durante  las  tutorías  la  opinión  generalizada  ha  sido notablemente más positiva.   Por el interés que creemos puede tener este trabajo de innovación docente en el ámbito de la electrónica y en general de las materias propias de la ingeniería, vamos a procurar incidir en la difusión  de  los  resultados  obtenidos,  en  particular  en  la  metodología  seguida  para  la realización de las prácticas de laboratorio y la realización de informes basados en vídeos; para ello,  se  ha  planteado  el  envío  de  comunicaciones  a  revistas  de  impacto  como  puede  ser Transactions on Education (IEEE). 

Uso de FPGAs y medios audiovisuales en la docencia de la Electrónica Digital

https://gredos.usal.es/bitstream/10366/120798/1/MID_11_129.pdf

Uso de FPGAs y medios audiovisuales en la docencia de la Electrónica Digital

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