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Recursos y herramientas para el análisis efectivo de datos.


Recursos y herramientas para el análisis efectivo de datos.

Se abordan las herramientas para reconocer el proceso de instalación de la infraestructura y librerías basados en el lenguaje de programación Python, fundamental para el manejo y el análisis exploratorio de los datos.

Aprenderá a desplegar su propio entorno de trabajo con herramientas modernas Python, a realizar las lecturas de los archivos, manipular la información y generar análisis estadísticos.


1.      Implementación de la infraestructura tecnológica para el tratamiento de datos.

Para empezar con la instalación de las herramientas tecnológicas que permitan el despliegue del lenguaje de programación Python, es importante que valide los requerimientos técnicos con los que se debe contar, entre los que están:

Figura 1 Requerimientos técnicos

Por otro lado, las instalaciones necesarias que se deben ejecutar para desarrollar el análisis de datos exploratorio las puede encontrar a continuación:

Python

Es un lenguaje de alto nivel, utilizado, entre otras cosas, en proyectos de ciencias de datos; cuenta con librerías muy robustas, que permiten la manipulación de grandes volúmenes de información; estas ejecuciones se pueden realizar muy fácilmente, ya que las librerías se ofrecen con muy pocas líneas de código, que en ocasiones pueden resultar muy complejos.

Python es un lenguaje de programación multiplataforma, el cual permite desarrollar aplicaciones en cualquier sistema operativo.

Para la utilización del lenguaje, es necesario descargar e instalar una distribución de Python que permite que las ejecuciones se realicen de manera gráfica a través de Notebook.

 

Anaconda

Es una distribución del lenguaje de programación que permite utilizar con mayor facilidad el lenguaje Python. Para este caso, se hará uso de la interfaz gráfica, aunque también se puede trabajar en modo consola.

Para las implementaciones de interfaz gráfica, se utilizan los llamados JUPITER, los cuales vienen con la implementación de Anaconda, de manera que facilitan la gestión de Notebooks (libros que permiten ejecutar líneas de código del lenguaje de manera gráfica, lo que establece un ambiente más intuitivo para al usuario).

 

JupiterLabs

Esta aplicación permite la creación de archivos denominados Notebooks, para la ejecución y visualización de códigos Python.

Esta aplicación es compatible con código en tiempo real, ecuaciones matemáticas, visualización y Markdown. Sus usos incluyen limpieza y conversión de datos, simulación numérica, modelado estadístico y máquinas.

Notebooks

Es una herramienta que permite la creación de diferentes celdas, necesarias para el desarrollo del código en Python; entre dichas celdas, se encuentran:

Celdas para realizar comentarios: se utilizan para documentar las líneas de código y ayudan como guía para el desarrollador del proyecto.

Celdas para ingresar líneas de código Python: permite ingresar códigos que son interpretados por el lenguaje de programación Python.

Celdas con los resultados obtenidos: permiten visualizar las variables, tablas, gráficos, entre otros, del proceso que se realiza en las celdas de ingreso de código.

 

1.1 Instalación Anaconda

Anaconda es una distribución de Python que trae consigo múltiples aplicaciones que permiten la implementación de diversos proyectos, ya sea a nivel de consola o a través de interfaz gráfica; este es un software de uso gratuito, que se puede descargar a través de su página oficial.

Para conocer el proceso de instalación, revise con atención el siguiente recurso educativo.



1.2 Primeros pasos

Una vez realizada la instalación correctamente, se recomienda reiniciar el computador, para que todas las herramientas terminen su proceso de configuración y se pueda empezar a trabajar en la aplicación que provee esta distribución.

Después de haber realizado la instalación, ingrese en la barra de búsqueda las palabras Anaconda Navigator, y seleccione el ícono correspondiente que indica la aplicación; esta distribución de software incorpora varias aplicaciones que permiten ejecutar código del lenguaje de programación Python, las cuales pueden usarse en modo consola o de interfaz gráfica.

En el siguiente recurso educativo, conocerá los primeros pasos para la ejecución del entorno de trabajo en una de las aplicaciones provistas por Anaconda Navigator denominada JupiterLabs, esta es la aplicación que se estará utilizando en el curso de análisis exploratorio de los datos:

1.       Abrir Anaconda Navigator

Para el software Anaconda Navigator, diríjase a la barra de búsqueda de su computador y escriba Anaconda Navigator; en la medida que empiece a escribir, se irán filtrando las aplicaciones; seleccione el ícono que se identifica como aplicación de Anaconda Navigator, como se muestra en la imagen.



Seleccione la herramienta JupiterLab

Cuando se abre la Anaconda Navigator, usted podrá observar múltiples herramientas para el manejo de proyectos en Python; para este caso, la herramienta a utilizar será JupiterLab, para usar esta aplicación, selecciona la herramienta dando clic en el botón Launch.


Haga clic sobre el botón Launch

Allí se desprende el entorno de trabajo que se muestra en la imagen. Al lado izquierdo, encontrará las carpetas necesarias para guardar cada uno de sus archivos; al lado derecho, aparece el tipo de aplicación que se utilizará; para este caso, el curso está basado en la creación de Notebooks.

Creación de Notebooks

Para crear los Notebooks, seleccione la primera opción de la derecha, tal como se muestra en la imagen; en el panel izquierdo, puede seleccionar la carpeta donde va a guardar los Notebooks.

Extensión .ipynb

Los Notebooks tienen la extensión .ipynb, y el entorno de trabajo se puede apreciar en la imagen.

Celdas en los Notebooks

En la siguiente imagen, se representan los tres tipos de celdas que se utilizan en los Notebooks: la primera línea es un comentario, como se aprecia en la imagen: “Mi Primer Programa”, esta sirve para llevar la documentación del archivo; la siguiente línea: print (“Hola Mundo”), ejecuta la línea de comando del lenguaje Python.

Finalmente, la tercera línea muestra los resultados, en este caso, el texto “hola mundo”, estos datos también pueden ser numéricos, tablas, gráficos, entre otros.


Herramientas del archivo Notebook

A continuación, se detalla cada herramienta que hace parte del archivo Notebook, y que ayuda al desarrollo del proyecto.

  •  Para guardar el Notebook, utilice el primer ícono en forma de disquete.
  • Cada vez que se requiere adicionar una nueva línea, ya sea de comentario o de código, se utiliza el ícono con el signo +.
  • El ícono de las tijeras elimina las líneas de código.
  • Las líneas se ejecutan de manera independiente con el ícono de forma triangular.
  • Para pausar o detener el proceso, el ícono indicado es el cuadrado al lado del triángulo.
  • La flecha en forma circular se utiliza para reiniciar el programa desde la primera línea.



Línea de código o de comentario

En la parte superior derecha, está la lista de opciones para indicar si una línea es de código o de comentario; como se aprecia en la siguiente imagen, se pueden seleccionar tres opciones:

Code: líneas de código que son interpretadas por el lenguaje de programación Python.

Markdown: líneas de comentarios, ayudan a documentar el proyecto, pueden incluir textos con formatos, imágenes, tablas, entre otros.

Raw: se usa para visualizar la información tal como se escribe, pero no es interpretada por el lenguaje.

1.3 Mi primer programa

Para comprender lo visto hasta el momento, replique el siguiente ejemplo, que consiste en capturar dos variables y mostrar como resultado la suma de ellas. Para cada celda donde solicite la variable, realice la operación e incluya una celda de comentario que dé cuenta de lo que se ha realizado o lo que se busca con esa línea.

Como se observa en la figura 2, se utilizan las celdas de comentarios que especifican cada una de las operaciones a realizar, y las celdas de código que se pueden fácilmente identificar por el número que se asigna a la derecha encerrado entre corchetes.

Se ubica en cada una de las celdas de código y las ejecuta con el ícono triangular ubicado en la barra superior, hasta poder visualizar el resultado final.

Figura 2 Ejemplo suma de dos variables y celdas de comentarios

1.4 Librerías para el tratamiento y visualización de los datos

Las librerías son un conjunto de instrucciones que ayudan a codificar todo tipo de soluciones, y para el caso del análisis exploratorio de datos, no es la excepción; para este caso, se utilizan una serie de librerías que facilitan el tratamiento y visualización de los datos con muy pocas líneas de código.

Estas librerías procesan grandes volúmenes de información y generan resultados muy importantes que agilizan el estudio de los datos.

En el siguiente recurso educativo, conocerá las principales librerías que se trabajarán en este programa de formación, preste mucha atención, pues se explicará la forma correcta de importarlas y ejecutarlas desde los Notebooks:

Librería Pandas: herramienta creada en Python para la manipulación y visualización de grandes volúmenes de datos. Para la instalación en el Notebook, se debe crear una nueva celda de código e ingresar el comando import pandas as pd. Después, se coloca la palabra as seguida de pd, puede ser cualquier nombre, este debe ser abreviado y hacer referencia al nombre de la librería, por convención se puede decir que Pandas se utilizará como pd.

Librería Matplotlib: Es una librería que permite muy fácilmente generar diversos tipos de gráficos. Para el uso de esta librería, ingrese el siguiente comando: import matplotlib.pyplot as plt.

Librería Seaborn: se basa en la librería para la gestión de gráficos Matplolib, se utiliza para la visualización de gráficas más atractivas, igualmente, para los gráficos informativos y estadísticos; para usar esta librería, importe de la siguiente manera: import seaborn as sns.

Librería Numpy: este conjunto de herramientas es muy útil para trabajar funciones matemáticas, algebraicas y la fácil manipulación de vectores y matrices; para usar esta librería, use: import numpy as np.


 Librería Scipy: contiene módulos para optimización, álgebra lineal, integración, interpolación, funciones especiales, FFT, procesamiento de señales y de imagen, resolución de ODEs y otras tareas para la ciencia e ingeniería

 

2.       Planteamiento de las preguntas objetivo del negocio

Para realizar un análisis de datos exploratorio que resulte efectivo, es de vital importancia, como primera medida, identificar y tener claridad referente a los objetivos y las metas establecidas por la organización hacia la cual se va a aplicar dicho análisis.

Desde esta perspectiva, se debe identificar cada uno de los procesos que se realizan en cada una de las áreas que conforman la empresa, esto permitirá tener claridad frente a las tareas que se desarrollan y, por ende, de los datos que dicha tarea requiere para ejecutarse de manera efectiva. En este orden de ideas, al tener claros los requerimientos y las necesidades de la empresa, el analista encargado tendrá una ruta ya establecida para dar inicio con la planeación del análisis, su diseño e implementación.

Revise en el siguiente recurso educativo los pasos necesarios para realizar el levantamiento de la información que permita la implementación del análisis de datos exploratorio de datos en Python:

1.      Establecer un diálogo constante con cada uno de los miembros de la organización.

2.      Identificar la misión y la visión organizacional

3.      Identificar y tener claridad respecto de los recursos financieros con los que cuenta la empresa.

4.      Reconocer cada uno de los recursos tecnológicos con los que cuenta la organización.

5.      Identificar las características de los productos y servicios que ofrece la organización.

6.      Reconocer cómo está posicionada la empresa frente a la competencia.

Al poder responder a preguntas como: ¿qué necesidades tiene la empresa?, ¿hacia dónde va la empresa?, ¿cuáles son sus objetivos?, entre otras, se podrán identificar los parámetros y los procesos necesarios que permitan al analista implementar estrategias efectivas para optimizar el manejo de grandes volúmenes de información, los cuales, la mayoría de las veces, resultan fundamentales para la toma de decisiones estratégicas que favorezcan a la organización.

Para que el analista de datos pueda desarrollar de la mejor manera su trabajo, es fundamental que cuente con el apoyo del gerente o el analista de negocio, los cuales le darán la información suficiente para comprender al 100% cada uno de los procesos de la empresa; a partir de allí, podrá establecer metodologías adecuadas para la gestión, la organización y el manejo de datos.

Por otro lado, es importante tener en cuenta que los análisis de datos no siempre pueden estar enmarcados hacia un solo objetivo, estos pueden implementarse con el fin de llevar a la organización hacia:

La búsqueda de nueva información.

El mejoramiento de los procesos productivos.

La identificación de problemas que puedan estar afectando el óptimo desarrollo de la organización.

La implementación de estrategias para descartar o aprobar hipótesis.

La creación de nuevas líneas de negocio.

El análisis de la competencia.

El desarrollo de planes de mejoramiento, entre muchos otros.

 

Las formulaciones de los objetivos del análisis de datos deben realizarse a partir de las respuestas dadas a las preguntas formuladas para la obtención de la información base; si se plantean de manera errónea las preguntas, pues las respuestas no van a ser las adecuadas, por ende, el planteamiento de los objetivos llevará a un análisis de datos fallido, que no va a beneficiar a la organización.

Por ende, siguiendo con el ejemplo que se ha venido desarrollando a lo largo de este espacio de formación, se reconocerá la mejor manera para desarrollar el análisis y la identificación de preguntas que permitan identificar los objetivos del análisis:

Para este caso particular, se trabajará en un ejemplo en el que se requiere el análisis de la colección de datos (DatosSeguros.csv) para desarrollar una estrategia comercial de venta de seguros médicos; para este fin, se analizarán diferentes variables que van a permitir determinar el valor de dicho seguro.

Desde esta perspectiva, la formulación de las preguntas objetivo del negocio se basará en un conjunto de datos que encontrará en los anexos con el nombre de DatosSeguros.csv. Inicialmente, se plantean las siguientes preguntas, que sirven de base para el análisis de los datos:

¿Las personas fumadoras representan el mayor potencial para ventas de seguros?

 

¿Cuál es la edad poblacional en la que se debe concentrar la estrategia comercial teniendo en cuenta el mayor ingreso?

¿Cuál es la región con mayor potencial de venta de seguros teniendo en cuenta los ingresos?

Pueden surgir N preguntas, pero una sola pregunta basta para generar un análisis complejo de datos, incluso en el mismo análisis de los datos pueden surgir nuevas preguntas que se pueden intentar resolver, al igual que nueva información que no se contemplaba en principio.

Finalmente, es importante socializar con todos los involucrados del negocio los hallazgos obtenidos, esto con el fin de coordinar de manera más eficiente la implementación necesaria para el análisis. Es importante que todos los miembros de la organización estén alineados, esto permitirá trabajar en pro del alcance de un mismo objetivo.

 

3.       Entendiendo los datos

¿Pero qué se debe tener en cuenta para comenzar con el análisis de datos? Preste mucha atención, pues a continuación se darán a conocer varias acciones que son necesarias en el momento de estudiar datos, como, por ejemplo, la preparación de la infraestructura, la determinación de los tipos de datos, el ordenamiento de los datos, su agrupamiento, la identificación de datos nulos, de datos duplicados, qué hacer con estos tipos de datos, los diferentes formatos utilizados para el análisis, entre otros.

3.1 Prepare la infraestructura

Revise en el siguiente recurso educativo los pasos necesarios para realizar el levantamiento de la información que permita la implementación del análisis de datos exploratorio de datos en Python:

Cree un Notebook

Para crear un entorno de trabajo, siga los siguientes pasos.

  • Inicie Anaconda Navigator.
  • Seleccione la aplicación JupiterLabs.
  • Crear un Notebook llamado  AnalsisDatos.ipynb.

 

Descargue el archivo

Descargue el archivo denominado: DatosSeguros.csv, que encuentra en los anexos y colóquelo en la misma carpeta donde creó el Notebook.

Importe las librerías Pandas

Para importar la librería Pandas que servirá para la lectura del archivo CSV, ejecute el siguiente comando:

import pandas as pd

 

3.2 Lectura de datos

Continuando con el análisis, se procede con la lectura de los datos que ya se encuentran en el archivo, los cuales deben ser asignados a la variable df. Para ese fin, se debe ejecutar el siguiente comando:

df = pd.read_csv('DatosSeguros.csv')

El nombre de la variable será df, que hace referencia a un dataframe, es decir, a una colección de datos organizados en filas y columnas, a la cual se le puede asignar el nombre que se prefiera o que mejor represente dichos datos.

3.3 Identificación de los datos

Después de la lectura de los datos dentro del archivo de texto en formato CSV, que se encuentran almacenados ahora en la variable df, se debe aplicar el siguiente comando para obtener información de los datos:

df.info()

En la tabla 1, se identifican los campos obtenidos en la colección de datos clasificados en categóricos y numéricos.

Tabla 1 Caracterización de las variables

Variables categóricas

Variables numéricas

Sexo (object)

edad (int64)

fumador (object)

imc (float64)

region (object)

valor_seguro(float64)

hijos (int64)

 

 

Como se observa en la figura 3, el resultado obtenido para el ejemplo dado es 1349 registros y un total de 7 columnas. Con este resultado se realiza la caracterización de las variables, las cuales pueden ser numéricas o categóricas. Es importante tener en cuenta que las variables categóricas son de tipo object.

Figura 3 Lectura e identificación de los datos


3.4 Manipulando los datos

Al observar con atención la figura 3, se puede visualizar en la información de los datos que el resultado para las columnas imc y fumador es de 1347, mientras que para las demás columnas es de 1349. Esto indica que existen valores vacíos para esas dos variables.

Revise con atención el siguiente recurso educativo, que permite visualizar los pasos necesarios para limpiar los datos y dejarlos con una mejor consistencia para el análisis.


4.       Métodos para el análisis de datos

Con el análisis exploratorio de datos, es posible comprender y llegar a conclusiones de hipótesis sin tener que centrarse en el desarrollo de complicados algoritmos.

Dentro de los métodos que se pueden utilizar en el análisis exploratorio, se encuentran los análisis propios de la estadística descriptiva, además de las visualizaciones gráficas, que permiten llegar a conclusiones de manera más fácil y precisa.

En ese sentido, se pueden encontrar, dentro del análisis de datos, variables que son categóricas y variables numéricas, y dependiendo de ellas, se aplicarán métodos que permitan generar algún tipo de información de interés.

Tenga en cuenta que, para los ejercicios que se desarrollarán a continuación, encontrará los documentos necesarios en los anexos del curso.

4.1 Medidas de tendencia central y de dispersión

Las medidas de tendencia central permitirán revisar el comportamiento de los datos desde el punto de vista del análisis estadístico; desde esta perspectiva, se aplicarán los distintos métodos, entre los que se encuentran la media, la moda, la mediana, la desviación estándar y los cuartiles, que ya se han definido en el primer componente formativo.

Para empezar, se procederá a aplicar los métodos de tendencia central a todos los datos; para tal fin, se debe aplicar el siguiente comando, el cual permitirá obtener el análisis de todas las variables, especificando la media, mediana, valores mínimos y máximos, desviación estándar y cuartiles.

Comando: df.describe()

El cual se define como se muestra en la siguiente figura:

Figura 4 Comando de tendencia central

Al aplicar dicho comando, el resultado obtenido corresponde al cálculo de diferentes medidas, que ofrecen un consolidado con todas las variables numéricas de los datos analizados. En casi todas las variables, se observan datos parecidos en cuanto a la media y el valor central o mediana; para las variables valor del seguro, se marcan unas diferencias importantes entre estas medidas, como se muestra en la figura 5.

Figura 5 Análisis estadístico de todas las variables numéricas

4.2 Gráficos

Otra medida que se puede aplicar para el análisis de datos es el uso de diferentes tipos de gráficos, los cuales permiten una visualización más clara. Con el uso de los gráficos, se puede realizar una distribución mucho más efectiva de los datos, lo que facilita su interpretación.

Para conocer cada uno de los tipos de gráficos y su funcionalidad, revise con atención el anexo Tipo de gráficos

5.       Análisis de resultados y conclusiones

A continuación, se tomarán los resultados obtenidos para realizar la comparación y, de esta manera, se irá dando respuesta a las preguntas planteadas en el inicio del análisis de los datos; para este fin, se definen los siguientes pasos:

a Comparación entre el total de fumadores contra los que pagan más por el valor del seguro:     


La gráfica circular muestra que la mayor cantidad de clientes no son fumadores; la segunda gráfica muestra una distribución que indica que los que más alto pagan por el valor del seguro son los fumadores.

b Para determinar el total de valores porcentualmente pagados al seguro por personas no fumadoras y fumadoras, se usa el siguiente comando, que permite generar ese análisis a través de un gráfico de total porcentual. (Ver Figura 8)


c Para comparar los valores porcentualmente pagados al seguro de acuerdo con el rango de edad, utilice el siguiente comando, que permite generar ese análisis y verlo reflejado en la figura 9:

 

d Por otro lado, para establecer la correlación entre las variables que permiten identificar una cercanía, se precisa el siguiente comando:

e Relaciones multivariado: para realizar el análisis multivariado que implica más de dos variables, se tendrán en cuenta las que tienen una relación más cercana, como lo son el índice de masa corporal, la edad con respecto al valor pagado al seguro y una variable muy importante que se ha descubierto, que es la de fumador; se relacionarán tres variables en un mismo gráfico, con el objetivo de observar patrones.

Para el siguiente análisis, utilice el siguiente comando:         

f Para establecer relaciones entre el valor pagado, estado fumador y la región, es necesario ejecutar el siguiente comando para determinar relación por regiones y valores pagados, como se observa en la figura 13.

Conclusiones

Partiendo de las preguntas planteadas y los resultados obtenidos en el análisis de un solo dato y multivariado, se pueden generar las siguientes conclusiones:

  • El 80 % de los registros analizados no son fumadores.
  • Cerca del 45 % de los clientes no tienen hijos.
  • Aproximadamente, el 70 % de los clientes tiene al menos un hijo.
  • El rango de edad para el rango A representa cerca del 30 % del total de registros.
  • Los valores pagados al seguro por los clientes identificados como fumadores equivalen al 50 % del total.
  • A pesar de que los clientes no fumadores equivalen al 80 %, solo representan el 50 % del valor total del seguro.
  • La región no es determinante en el valor del seguro.
  • Lo más relevante en los valores pagados al seguro se dio en personas que son fumadores

Síntesis

En la actualidad, existen muchas herramientas y recursos que pueden implementar las organizaciones, independientemente de su tamaño, para el análisis exploratorio de datos, una de ella es Anaconda, la cual, por medio de lenguajes como Python, permite el manejo y procesamiento de grandes volúmenes de información; por ende, en el desarrollo de este componente, se reconoce a fondo dicha herramienta, de la misma forma que su proceso de instalación; por medio de ejemplos, se identifica el proceso de aplicación de las metodologías necesarias para la preparación, lectura y análisis de datos.

Una breve revisión de los temas vistos se encuentra en el siguiente esquema:



Glosario

B

BoxPlot: gráfico de caja que sirve para representar la dispersión de los datos en cuartiles.

G

Gráfico: utilizado para realizar representaciones estadísticas y mostrar información con el objetivo de generar información.

J

JupiterLab: aplicación que hace parte de Anaconda y sirve para crear la interfaz gráfica para los proyectos de Python.

N

Notebook: archivos que se crean desde el aplicativo JupiterLab.

P

Pandas: librerías de Python utilizadas para el análisis y la manipulación de los datos.

S

Seaborn: librería especializada en la creación de gráficos informativos y estadísticos.

 

 

Material complementario

Tema

Referencia APA del material

Enlace

Análisis Exploratorio de Datos

Abonaplata. (2019). Análisis exploratorio de datos con Python.

https://www.kaggle.com/code/abonaplata/analisis-exploratorio-de-datos-con-python/notebook

Análisis Exploratorio de datos

Sotaquirá, M. (2021). ¿Cómo hacer el Análisis Exploratorio de Datos? - Guía paso a paso. Codificando bits.

https://www.codificandobits.com/blog/analisis-exploratorio-de-datos/

Descargar Anaconda

Anaconda. (s. f.). Anaconda Distribution.

https://www.anaconda.com/products/distribution

Colección de Datos

MAJYHAIN. (2022). Height of Male and Female by Country 2022. Kaggle.

https://www.kaggle.com/datasets/majyhain/height-of-male-and-female-by-country-2022

 

 Referencias 

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Marrugo, H. y Melo, J. (2020). Propuesta análisis exploratorio de datos georreferenciables y temporales, caso de estudio: producción nacional del oro 2012 a 2020. Fundación Universitaria Los Libertadores.http://hdl.handle.net/11371/3596


Meneghetti, M. (2021). Introduction to Gravitational Lensing: With Python Examples. Springer.


Rojas, I., Jiménez, E. y Yepes, R. (2021). Competencias profesionales e Industria 4.0: análisis exploratorio para ingeniería industrial y administrativa en Medellín. Revista Interamericana de Investigación, Educación y Pedagogía, 14(2), p. 169-194.


Roldán, C. (2021). Instalación y configuración básica de Anaconda para Python. Universitat Politècnica de València.
https://riunet.upv.es/handle/10251/167282

 

Créditos

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Diseñador Instruccional

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