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VIPPR: Utilización de Herramientas de virtualización para la enseñanza de…
VIPPR: Utilización de Herramientas de virtualización para la enseñanza de la programación
Actualmente se utilizan las nuevas tecnologías como recurso didáctico; se emplean entornos de aula virtual, foros, etc. las cuales son útiles en entornos de enseñanza-aprendizaje para impartir contenidos, revolver simulaciones, comparar respuestas de problemas.
Se carece de laboratorios para empleo a distancia.
La alternativa ante esta situación son los
laboratorios remotos
(Marianetti, O. et al.2009)
Con esto se facilita el acceso de estudiantes a laboratorios, resolviendo dificultades habituales para uso presencial.
En el laboratorio remoto, el usuario remoto (cliente) se conecta por internet a un servidor WEB asignado a una función que interactúa con la computadora del laboratorio utilizada para controlar, monitorear experimentos.
Las experiencias remotas no sustituyen las prácticas locales, sin embargo hay factores que justifican su aplicación. Algunos de ellos pueden ser:
Modalidad de educación a distancia: muchos estudiantes requieren este tipo de modelo por cosas de tiempo, distancia, discapacidades físicas.
Recursos económicos insuficientes
Elevado número de estudiantes en relación a los recursos
Ventajas de usar laboratorio on-line:
los docentes pueden diseñar cursos que combinen teoría con experimentos, mayor flexibilidad para preparar asignaturas que requieren prácticas de laboratorio, se logra mayor aprovechamiento de los equipos de laboratorio, ahorro de costos al disminuir el equipamiento necesario.
Características que hacen de los laboratorios remotos una alternativa para reducir los problemas existentes en las prácticas son los siguientes:
Optimización en el aprovechamiento de recursos
Los procesos de aprendizaje se pueden mejorar
Los estudiantes no viajan a la sede para hacer sus actividades prácticas
Laboratorios accesibles24 h.al día, todos los días del año
Desventajas de laboratorio remotos:
Inestabilidad e imprevisibilidad en el vínculo entre cliente y servidor
Cambio de mentalidad docente y alumno
No todas las experiencias se implementan en la modalidad por características intrínsecas de las mismas.
La implementación exitosa de estos entornos de experiencias de laboratorio debe cumplir con los requisitos siguientes:
Facilidad en la operación y comprensión
Adaptar los materiales didácticos tradicionales al nuevo contexto
Implementar políticas de seguridad del sistema físico y servidor
Software cliente multiplataforma
Software cliente multiplataforma
Una de las problemáticas de la evaluación de programas desarrollados por alumnos es la escasez de recursos computacionales para verificarlos en diversos contextos de ejecución.
La propuesta de trabajo de los estudiantes es permitir que desarrollen sus trabajos de programación en sus computadoras para luego enviarlas por correo electrónico o subirlas a aula virtual.
Virtualización
El proceso de virtualización de componentes computacionales comprende:
1) Observación y análisis de los mismos físicamente
2) Reproducción a través de un software que permite la simulación de comportamiento
La virtualización de una plataforma se consigue a través de un software residente en la computadora real/física, el cual controla la ejecución de sistema operativo (máquina virtual). Sistema operativo completo instalado en hardware virtualizado.
El software utilizado para virtualización llamado VirtualBox (Möller M.2008 permite contener la instalación de un sistema operativo en fichero en computadora.
La virtualización es solución para que estudiantes tengan acceso a la arquitectura computacional instalada en máquina virtual.
El estudiante accede al sistema desde su computadora a través de programa que permite visualizar de forma remota de arquitectura virtual.
Esto incrementa las horas de práctica requeridas por los estudiantes, optimiza proceso de enseñanza-aprendizaje
Las máquinas virtuales instaladas en servidor de aplicaciones, sean accedidas a través de una red local permitiendo a estudiantes acceso desde cualquier puesto de trabajo ubicado en la universidad.
Gran ventaja de virtualización es la tolerancia a fallos de sistemas involucrados
Arquitectura
de la solución propuesta
La solución propuesta a través de un conjunto de servidores de máquinas virtuales, espacio de almacenamiento, etc.
Los servidores de ejecución son dinámicos; cualquier estación forma parte de servidores mediante instalación de un demonio y configuración de recursos de red.
El
sistema
Compuesto por dos componentes
Front-end, representa la vista del usuario final, componentes de software responsables de presentar al usuario final los resultados de formato legible.
Back-end, compuesto por estaciones que brindan capacidad de ejecución de los trabajos enviados por front-end.
Componentes principales del sistema
El usuarios ( estudiantes) requiriendo la ejecución de programas.
1.- El
usuario
presenta como proceso principal su
browser
, se encuentra registrado en el sistema e ingresa con clave y nombre de usuario
Front-end ( Gestor de ejecuciones) como intermediario. Administración (aplicación de registro y gestión)
2.-
Front-end
compuesto por aplicación WEB llamada ViPPr la cual es accedida a red de área local o internet. Contiene GlobalManager el cual es invocado por ViPPr, encargado de tareas:
brokering
para buscar recursos computacionales solicitados y el
scheduling
para configurar una cola de espera
El proceso de
brokering
busca la concordancia entre arquitectura de ejecución solicitada por docente o alumno.
Poceso de
scheduling
tiene el ordenamiento de trabajos en caso que múltiples usuarios ocupen la ejecución al mismo tiempo.
3.-
**Back-end
(**Ejecutor de trabajos) Compuesto por estaciones administradas por las front-end encargadas de la ejecución de trabajos enviados por alumnos. Ejecución (conjunto de estaciones ejecutando trabajos)
Back-end provee la ejecución de máquina virtual, recibe los trabajos enviados por estudiantes a través de ViPPr.
La máquina virtual es instanciada a través de VitualBox, es recomendable múltiples máquinas virtuales.
ViPPr se codifica con JSP para generar ambiente HTML para facilitar transporte de datos y visualización del usuario sobre sus programas con potencialiad de JAVA
ViPPr recibe petición del estudiante, códigos, fuentes e información para ejecución enviándolo al back-end para compilación y ejecución de códigos.
LVM contiene servicio InternalManager codificado en JAVA y bytecode.
El InternalManager es el encargado de recibir el trabajo enviado por el LocalManager de la BES , solicitar ejecución local.
VirtualBox gestiona los recursos físicos utilizados por LVM (procesador, Memoria RAM, disco rígido) dividiendo entre las diferentes máquinas virtuales ejecutadas en mismo momento.
Virtlet,
estructura de datos utilizada para encapsular información pertinente para procesamiento remoto de código propuesto por usuario
Utilización de ViPPr: el docente propone una arquitectura: sistema operativo. memoria RAM, cantidad de almacenamiento en disco rígido, etc.. tal configuración es representada a través de un virtlet en el sistema.
La utilización del sistema, desde el punto de vista de la administración de usuarios, recursos, ejecución de trabajos transita las siguientes etapas:
2.- Creación de máquina virtual
3.- Enrolamiento de recursos
1.- Requerimientos de ejecución por docente o alumno de acuerdo a necesidad de arquitectura computacional
4.- Configuración de front-end
5.- Configuración back-end
6.- Solicitud de ejecución
7.- Brokering y Schedulling
8.- Instanciación de Ejecución. Se materializa el requerimiento de ejecución del usuario administrado por estación BEM.
9.- Recepción de resultados
ViPPr a través de su proceso GlobalManager se comunica con proceso LocalManager de la BES seleccionada para ejecución
El sistema operativo instalado en la LVM está configurado para iniciar primer proceso: InternalManager el cual se comunica con LocalManager; este envía código a ejecutar e instrucciones de compilación y ejecución.
Módulo de administración
Administra el almacenamiento de códigos fuentes, provistos por estudiantes, docentes pertenecientes a la organización
El docente incorpora nueva tarea para alumnos
El sistema permite establecer fechas de inicio, finalización de la tarea.
Con la fecha de finalización. el sistema impide modificación, se notifica al docente con un correo electrónico sobre tareas alojadas por estudiantes que se encuentran pendientes de evaluar.
El alumno tiene la posibilidad de almacenar diferentes versiones de código fuente, resultados. Esto posibilita al docente observar cómo evolucionan las tareas de alumnos.
Conclusiones
El desarrollo permite contar con herramienta de laboratorio remoto unificando trabajo de alumnos, solucionando problemas de incompatibilidad de plataformas dando solución adaptable de configurar alternativas de entorno de desarrollo.
El sistema presenta interfaz familiar (basado en WEb) para facilitar uso, permitir acceso desde diversas plataformas de trabajo (Windows, Linux, MacOs)
La arquitectura propuesta es descentralizada, accesible 24 h.,todos los días del año, lo que resulta flexible para el desarrollo de tareas del alumno de acuerdo a su tiempo
Se optimiza el uso de recursos al ser compartidos por mayor número de estudiantes.
El crecimiento de personas que usan e-mail, sms, compran por internet, acceden a servicios de banca electrónica, se incorporan a redes sociales en web; pronostican que cada vez más gente se familiariza con ambiente virtual por lo que su aceptación se dará naturalmente.
Integrar herramienta tecnológica a entorno virtual de enseñanza-aprendizaje, separando la arte del back-end (servidor) dejar el front-end simple que sea integrable con facilidad a plataforma como Moodle o cualquier otra de ese tipo.