Los laboratorios virtuales: una herramienta didáctica de apoyo, sostenible y de bajo coste
La experiencia de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) con los laboratorios virtuales se remonta al año 2011: la utilización de un entorno 3D, donde los usuarios manejan avatares en un mundo virtual, surgió como un Proyecto de Innovación Educativa de la UPM, bajo el nombre de 'PEIA-UPM: Plataforma de experimentación para los estudios de Ingeniería y Arquitectura de la UPM', que dio lugar a los primeros Lab-3D. Nuestro Grupo de Innovación Educativa 'Acción Tutorial para Alumnos de las Nuevas Ingenierías – ATANI' participó con un subproyecto, bajo el que se creó el Laboratorio Virtual de Experimentación Química. Una vez finalizados estos proyectos, la UPM ha dado continuidad a estos laboratorios como un servicio gestionado por el Gabinete de Tele-Educación (GATE). De esta forma, el servicio de laboratorios virtuales UPM es una plataforma dirigida a los estudiantes para la realización de prácticas virtuales (http://serviciosgate.upm.es/laboratoriosvirtuales/). Esta plataforma está construida sobre el software de código abierto OpenSim, que gestiona los mundos virtuales 3D, a los que se puede acceder mediante el uso de un visor (Firestorm, kokua…), y el lenguaje LSL (Linden Scripting Language), que imprime funcionalidad propia a los objetos. Además, los objetos 3D han sido diseñados mediante 3DS Max o bien mediante el uso de primitivas dentro del entorno. Los laboratorios se alojan en los servidores locales de los responsables docentes de los proyectos, en tanto que un sistema común, GridLabUPM, los enlaza y gestiona técnicamente de forma integrada, dando lugar por tanto a una arquitectura descentralizada.
El Laboratorio Virtual de Experimentación Química inicialmente estaba formado por un único edificio, en el que los estudiantes pueden acceder e interaccionar con juegos, vídeos, realizar operaciones básicas y experiencias sencillas de laboratorio. A partir de este entorno, los objetivos iniciales se han ampliado, de forma que se ha desarrollado una práctica de laboratorio que permite la determinación de metales en suelos contaminados mediante digestión en horno de microondas y análisis por ICP-AES. Para ello, la primera parte del diseño consistió en la adaptación de los espacios a los requerimientos específicos para la realización de la práctica, por lo que se crearon dos edificios más, en los que se alojan las salas para que los alumnos de la asignatura de Ciencia Medioambiental (3er curso) del Grado en Ingeniería Civil realicen esta práctica. En uno de los edificios se lleva a cabo la preparación de la muestra y en el otro se realizan los análisis mediante ICP-AES. En cada sala, los estudiantes disponen del material de laboratorio y de los instrumentos necesarios, que han sido diseñados con gran detalle proporcionándoles un aspecto muy real. La aplicación de esta técnica de análisis requiere de personal especializado, y su coste es alto por el elevado consumo de argón. Esto, junto con que la duración de todo el procedimiento experimental es elevada y el considerable número de alumnos matriculados en la asignatura (130), justifican desde nuestro punto de vista la necesidad de implementar esta práctica de forma virtual. Por otro lado, aunque somos conscientes de que un Ingeniero Civil no va a realizar nunca este tipo de análisis en el ejercicio de su profesión, consideramos que es interesante incluir prácticas de estas características en su formación universitaria, ya que les proporciona unos conocimientos y una visión real de este tipo de análisis, lo que confiamos favorezca el interés y la concienciación medioambiental de los futuros ingenieros.
Los módulos de Preparación e Instrumentación (central y derecha de la imagen anterior) están constituidos cada uno por diez puestos, en los que cada alumno puede trabajar una vez identificado por su correo institucional.
Durante el desarrollo técnico de esta práctica virtual, se realizaron dos pruebas piloto con estudiantes voluntarios, para corregir fallos y añadir mejoras que faciliten el seguimiento del procedimiento experimental por parte de los estudiantes. Esta práctica de laboratorio fue incluida por primera vez, durante el pasado curso académico 2014-15, en la programación de la asignatura mencionada anteriormente. Además de esta práctica, los estudiantes realizan, en primer lugar, una práctica de laboratorio presencial, consistente en una determinación espectrofotométrica sencilla, en la que los alumnos se familiarizan con el material de laboratorio, instrumentación y metodología. En ambas prácticas, los alumnos deben emitir un informe final de resultados, en el que deben incluir las concentraciones de los compuestos o elementos químicos en cada réplica de muestra, concentración media, intervalos de confianza, etc.
Si se consideran las calificaciones obtenidas por los alumnos en ambas prácticas, se observa una mejora en la práctica virtual, a pesar de ser mucho más compleja por la cantidad de etapas experimentales que implica, así como por ser una determinación multielemental.
