Marco de desarrollo basado en modelos de sistemas de aprendizaje colaborativo

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(1)UNIVERSIDAD DE CASTILLA - LA MANCHA Escuela Superior de Informática Departamento de Tecnologías y Sistemas de la Información. MARCO DE DESARROLLO BASADO EN MODELOS DE SISTEMAS DE APRENDIZAJE COLABORATIVO. Memoria que para optar al grado de Doctor en Ingeniería Informática presenta D. Yoel Arroyo Rodríguez-Peral. Directores Dr. Miguel Ángel Redondo Duque Dra. Ana Isabel Molina Díaz. CIUDAD REAL, 2019.

(2) Yoel Arroyo Rodríguez-Peral Escuela Superior de Informática Edificio Fermín Caballero Paseo de la Universidad, 4 13071 Ciudad Real, España Tfno: 926 29 53 00 Ext. 96676 E-mail: [email protected] Web: http://blog.uclm.es/grupochico/ © 2019 Grupo CHICO.. II.

(3) “Good programmers use their brains, but good guidelines save us having to think out every case” — Francis Glassborow. III.

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(5) Agradecimientos Con estas líneas quisiera agradecer a todas aquellas personas que han estado presentes en la realización de este trabajo de investigación. En especial: A mis directores, Miguel Ángel Redondo Duque y Ana Isabel Molina Díaz, por confiar en mí desde el primer día, saber dirigir este trabajo en la dirección adecuada, y compartir su sabiduría y experiencia. Aún me queda mucho por aprender, pero lo poco que sé se lo debo a ellos. A Manuel Ortega Cantero, por todo el apoyo y su simpatía. A todos los miembros de los grupos CHICO y AIR, incluidos los que estuvieron y ya no están. Por esos momentos de desconexión tan necesarios. A mi novia, Sofía, por todo su apoyo y consejos desde el instante en el que decidí embarcarme en este trabajo. Sin ella no hubiera sido posible. A mi familia y amigos. Gracias a todos por vuestro apoyo y tan buenos momentos.. V.

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(7) Resumen Este trabajo de investigación ha permitido formalizar Learn-CIAM, una nueva propuesta metodológica de soporte al desarrollo de sistemas colaborativos síncronos de aprendizaje (CSCL, Computer-Supported Collaborative Learning). Como novedad, y debido a las particularidades que presentan los sistemas de aprendizaje colaborativo, incorpora una serie de componentes relacionados con el ámbito del aprendizaje y los sistemas colaborativos síncronos, tales como la usabilidad pedagógica y el awareness. Esta propuesta surge como respuesta a la ausencia de trabajos que abordaran el desarrollo de este tipo de sistemas que sigan un enfoque de desarrollo dirigido por modelos. Se ha escogido dicho enfoque ya que garantiza una serie de ventajas respecto a otros tipos de desarrollo, como los ad-hoc tradicionales, en los que el uso de modelos conceptuales se encuentra limitado a los procesos de diseño y planificación de los sistemas finales. El uso de modelos conceptuales favorece, entre otras cosas, su reutilización en la resolución de otros problemas, independientemente del ámbito de trabajo concreto al que estuviera destinado inicialmente. Tecnológicamente, esta propuesta se encuentra encuadrada dentro de las soluciones de la Ingeniería Dirigida por Modelos (MDE, Model-Driven Engineering) de la plataforma Eclipse, e incorpora, en comparación a otras propuestas similares, una serie de tecnologías y lenguajes de un mayor nivel de abstracción, más sencilla, más directa y menos propensa a errores para los desarrolladores. De cara a garantizar su validez, Learn-CIAM ha sufrido varios procesos de validación con usuarios reales, de ámbitos inicialmente tan dispares como la Educación y la Ingeniería Informática, manifestando un grado de aceptación y recepción positivos. Con la realización de este trabajo de investigación, también se concluye que su aplicación facilitaría la generación de sistemas de aprendizaje colaborativo por parte de ambos perfiles, disminuyendo considerablemente el tiempo y esfuerzo requeridos para este tipo de tareas usando otros métodos.. VII.

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(9) Abstract This thesis introduces Learn-CIAM, a new model-based methodological approach for the development of Computer-Supported Collaborative Learning (CSCL) systems. As main novelty, and due to the particularities of collaborative learning systems, it incorporates some pedagogical usability and awareness characteristics that do not contemplate other similar methods found in literature. This proposal arises as a response to the absence of methods addressing the development of such systems that follow a Model-Driven Development approach. This approach has been chosen since it guarantees a series of advantages compared to others such as the traditional ad-hoc ones, in which the use of conceptual models is limited to the processes of planning and design of the systems. The use of conceptual models favors, among other things, their reuse in the resolution of other problems, regardless of the specific scope of work for which they were originally intended. Technologically, this proposal is framed within the MDE solutions of the Eclipse platform, and incorporates, in comparison to other similar proposals, a series of technologies and languages of a higher level of abstraction, simpler, more straightforward and less error-prone for developers. In order to guarantee its validity, Learn-CIAM has undergone several validation processes with real users from different areas such as Education and Computer Science, demonstrating a positive acceptance and reception. With the accomplishment of this research work it is also concluded that its application facilitates the generation of CSCL systems by both profiles, reducing considerably the time and effort required for this type of tasks using other methods.. IX.

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(11) Índice General CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN....................................................................................................... 1 1.1. MOTIVACIÓN ............................................................................................................................... 2 1.2. OBJETIVOS E HIPÓTESIS DE INVESTIGACIÓN ................................................................................... 4 1.3. MÉTODO Y FASES DE TRABAJO...................................................................................................... 6 1.4. MARCO DE TRABAJO .................................................................................................................... 7 1.5. ESTRUCTURA DE LA MEMORIA ...................................................................................................... 8 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y ANTECEDENTES ............................................ 11 2.1. DESARROLLO BASADO EN MODELOS DE SISTEMAS DE SOPORTE AL TRABAJO Y AL APRENDIZAJE EN GRUPO ............................................................................................................................................. 12 2.1.1. Técnicas de especificación/modelado de sistemas colaborativos ......................................... 14 2.1.2. La importancia del awareness en el desarrollo de sistemas de trabajo en grupo.................. 17 2.2. CONSTRUCCIÓN DE SOFTWARE USANDO UN ENFOQUE DE DESARROLLO DIRIGIDO POR MODELOS ..... 19 2.2.1. El enfoque de Arquitectura Dirigida por Modelos............................................................... 20 2.2.2. El enfoque de Arquitectura Dirigida por Modelos en Eclipse .............................................. 22 2.2.3. Entornos colaborativos de modelado de software ............................................................... 28 2.3. DESARROLLO BASADO EN MODELOS DE INTERFACES DE USUARIO ................................................ 38 2.3.1. Aproximaciones MBUID existentes..................................................................................... 41 2.3.2. La importancia de la usabilidad pedagógica en el desarrollo de interfaces de usuario de sistemas de aprendizaje ............................................................................................................... 43 2.4. BÚSQUEDA DE PROPUESTAS EXISTENTES PARA EL MODELADO Y GENERACIÓN AUTOMÁTICA DE SISTEMAS CSCL ............................................................................................................................... 47 2.4.1. Protocolo de investigación ................................................................................................. 49 2.4.2. Resultados ......................................................................................................................... 54 2.5. REFLEXIÓN ................................................................................................................................ 58 CAPÍTULO 3. PROPUESTA METODOLÓGICA DE DESARROLLO BASADO EN MODELOS DE SISTEMAS CSCL ....................................................................................................................... 61 3.1. MARCO CONCEPTUAL Y LENGUAJE DE MODELADO....................................................................... 62 3.1.1. Learn-CIAN: Marco conceptual y notación ........................................................................ 63 3.1.2. Enriqueciendo el marco conceptual con aspectos relacionados con el espacio de trabajo y el soporte al awareness ................................................................................................................... 68 3.1.3. Incorporando aspectos de usabilidad pedagógica a la propuesta ........................................ 76 3.2. MARCO TECNOLÓGICO ............................................................................................................... 78 3.2.1. Eugenia ............................................................................................................................. 79 3.2.2. Editor gráfico Learn-CIAT ................................................................................................. 84 3.2.3. Conjunto de lenguajes de Epsilon ....................................................................................... 86 3.2.4. Versión evolucionada de SpacEclipse ................................................................................. 95 3.3. MARCO METODOLÓGICO .......................................................................................................... 100 3.3.1. Roles................................................................................................................................ 100 3.3.2. Fases ............................................................................................................................... 101 3.4. REFLEXIÓN .............................................................................................................................. 106 CAPÍTULO 4. EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL MÉTODO LEARN-CIAM .......................... 109 4.1. CONFIGURACIÓN INICIAL.......................................................................................................... 109 4.2. GENERACIÓN DE UN EDITOR GRÁFICO ....................................................................................... 111 4.3. DISEÑO Y GENERACIÓN DE UN SISTEMA CSCL .......................................................................... 136 4.4. REFLEXIÓN .............................................................................................................................. 146. XI.

(12) CAPÍTULO 5. VALIDACIÓN DE LA PROPUESTA .................................................................... 149 5.1. VALIDACIÓN DE LA NOTACIÓN LEARN-CIAN ............................................................................ 149 5.1.1. Diseño y ejecución del experimento .................................................................................. 149 5.1.2. Resultados ....................................................................................................................... 153 5.1.3. Limitaciones del experimento ........................................................................................... 155 5.1.4. Reflexión.......................................................................................................................... 156 5.2. VALIDACIÓN DEL PROCESO DE MODELADO Y GENERACIÓN DE SISTEMAS CSCL: LA EXPERIENCIA LEARN-CIAT ................................................................................................................................. 157 5.2.1. Diseño y ejecución del experimento .................................................................................. 157 5.2.2. Resultados ....................................................................................................................... 158 5.2.3. Reflexión.......................................................................................................................... 162 5.3. VALIDACIÓN DEL MARCO DE DISEÑO DE LA USABILIDAD PEDAGÓGICA: LA EXPERIENCIA GREEDEX ...................................................................................................................................................... 162 5.3.1. GreedEx y GreedEx Tab................................................................................................... 163 5.3.2. GreedEx Tab v2.0: Una versión renovada de GreedEx Tab............................................... 165 5.3.3. GreedEx S: GreedEx para Smartphones ........................................................................... 166 5.3.4. Reflexión.......................................................................................................................... 170 CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES ................................................................................................... 173 6.1. CONSECUCIÓN DE OBJETIVOS ................................................................................................... 173 6.2. APORTACIONES CIENTÍFICO-TÉCNICAS ...................................................................................... 176 6.2.1. Ámbito metodológico ....................................................................................................... 176 6.2.2. Ámbito conceptual ........................................................................................................... 176 6.2.3. Ámbito tecnológico .......................................................................................................... 177 6.3. LIMITACIONES Y TRABAJO FUTURO ........................................................................................... 178 6.4. PUBLICACIONES CIENTÍFICAS .................................................................................................... 180 REFERENCIAS............................................................................................................................... 185 ANEXOS .......................................................................................................................................... 207 ANEXO 1. ANOTACIONES DE EUGENIA............................................................................................. 209 ANEXO 2. RELACIÓN DE ARTÍCULOS POTENCIALES ........................................................................... 215 ANEXO 3. EXPERIMENTO LEARN-CIAN – PRE-TEST......................................................................... 219 ANEXO 4. EXPERIMENTO LEARN-CIAN – TAREA DE COMPRENSIÓN ................................................. 223 ANEXO 5. EXPERIMENTO LEARN-CIAN – POST-TEST ....................................................................... 227 ANEXO 6. EXPERIENCIA LEARN-CIAT – ACTIVIDAD DEMOSTRATIVA ............................................... 233 ANEXO 7. EXPERIENCIA LEARN-CIAT – CUESTIONARIO A EXPERTOS ............................................... 235 ANEXO 8. ACTIVIDAD GREEDEX S – PRE-TEST ................................................................................ 239 ANEXO 9. ACTIVIDAD GREEDEX S – RESPUESTAS ........................................................................... 241 ANEXO 10. ACTIVIDAD GREEDEX S – POST-TEST GRUPO EXPERIMENTAL ........................................ 245 ANEXO 11. ACTIVIDAD GREEDEX S – CUESTIONARIO CECAM GRUPO EXPERIMENTAL.................... 251. XII.

(13) Índice de Figuras FIGURA 1. PLAN DE INVESTIGACIÓN RESUMIDO ........................................................................................ 7 FIGURA 2. FASES Y ARTEFACTOS DE LA PROPUESTA METODOLÓGICA CIAM ........................................... 15 FIGURA 3. ARQUITECTURA MDA .......................................................................................................... 21 FIGURA 4. ARQUITECTURA DE LA PLATAFORMA ECLIPSE........................................................................ 22 FIGURA 5. NÚCLEO DEL META-MODELO ECORE...................................................................................... 23 FIGURA 6. PROCESO DE DESARROLLO SIMPLIFICADO DE UN EDITOR GRÁFICO USANDO GMF .................... 25 FIGURA 7. PROCESO DE DESARROLLO SIMPLIFICADO DE UN EDITOR GRÁFICO USANDO EUGENIA .............. 27 FIGURA 8. DIMENSIONES COMPLEMENTARIAS DEL ENFOQUE MDE COLABORATIVO................................. 29 FIGURA 9. UN DIAGRAMA DE FLUJO SOBRE SYNERGO ............................................................................. 31 FIGURA 10. UN DIAGRAMA DE TAREAS SOBRE EL EDITOR GRÁFICO HAMSTERS .................................... 32 FIGURA 11. EL EDITOR GRÁFICO CAMEL .............................................................................................. 33 FIGURA 12. UN DIAGRAMA DE EJEMPLO SOBRE OBEO DESIGNER ............................................................ 34 FIGURA 13. DOS DOMINIOS DIFERENTES SOBRE ATOMPM: REDES DE PETRI Y MÁQUINA DE ESTADOS ...... 35 FIGURA 14. DOMINIO DE CASOS DE USO SOBRE SPACE-DESIGN ............................................................... 35 FIGURA 15. FASES DEL MARCO METODOLÓGICO Y MECANISMOS EMPLEADOS EN SPACECLIPSE ................ 36 FIGURA 16. DOS DOMINIOS DE TRABAJO DISTINTOS SOBRE SPACECLIPSE: DISEÑO DE CIRCUITOS DIGITALES Y DE TOPOLOGÍAS DE RED ............................................................................................................... 37 FIGURA 17. CAMELEON REFERENCE FRAMEWORK (CRF)....................................................................... 40 FIGURA 18. APROXIMACIONES MBUID (MEIXNER ET AL., 2011; RUÍZ ET AL., 2018) ACTUALIZADAS....... 43 FIGURA 19. PROCESO DE GENERACIÓN DE UNA INTERFAZ DE USUARIO USANDO CIAT-GUI ..................... 44 FIGURA 20. LA USABILIDAD PEDAGÓGICA DENTRO DE LA UX ................................................................. 45 FIGURA 21. ASPECTOS Y CARACTERÍSTICAS DE LA USABILIDAD PEDAGÓGICA EN MOLEF ........................ 46 FIGURA 22. ASPECTOS Y CARACTERÍSTICAS DE LA USABILIDAD TECNOLÓGICA EN MOLEF ...................... 46 FIGURA 23. ASPECTO DE LA APLICACIÓN DE SOPORTE AL CUESTIONARIO CECAM .................................. 48 FIGURA 24. RESUMEN DEL PROCESO DE SELECCIÓN DE ARTÍCULOS POTENCIALES .................................... 53 FIGURA 25. COMPONENTES DEL MARCO METODOLÓGICO LEARN-CIAM ................................................. 62 FIGURA 26. EVOLUCIÓN DE CIAN HACIA LEARN-CIAN ......................................................................... 63 FIGURA 27. META-MODELO (SINTAXIS ABSTRACTA) DE LA NOTACIÓN LEARN-CIAN............................... 66 FIGURA 28. ELEMENTOS VISUALES (SINTAXIS CONCRETA) DE LA NOTACIÓN LEARN-CIAN ...................... 66 FIGURA 29. EJEMPLO DE DISEÑO DE UN CURSO SEMI-PRESENCIAL CON LA NOTACIÓN LEARN-CIAN ......... 67 FIGURA 30. META-MODELO QUE INCLUYE EL CONJUNTO DE COMPONENTES Y ELEMENTOS AWARENESS QUE FORMAN EL ESPACIO DE TRABAJO DE UNA TAREA DE APRENDIZAJE COLABORATIVO ....................... 70 FIGURA 31. ASPECTO VISUAL DE LOS COMPONENTES DE SOPORTE LAS TAREAS DE APRENDIZAJE EN GRUPO (ÁREA DE TRABAJO, COMUNICACIÓN, COORDINACIÓN Y AWARENESS).............................................. 70 FIGURA 32. EJEMPLO DE ESPACIO DE TRABAJO COLABORATIVO DE CÓDIGO ............................................. 73 FIGURA 33. EJEMPLO DE ESPACIO DE TRABAJO COLABORATIVO DE MODELADO GRÁFICO ......................... 74 FIGURA 34. EJEMPLO DE ESPACIO DE TRABAJO DE TEXTO PLANO ............................................................ 75 FIGURA 35. EJEMPLO DE ESPACIO DE TRABAJO COLABORATIVO DE NAVEGACIÓN WEB ............................. 75 FIGURA 36. SINTAXIS ABSTRACTA DE LOS CRITERIOS PEDAGÓGICOS QUE CONTIENE EL MARCO LEARN-CIAM ................................................................................................................................................... 78 FIGURA 37. COMPARATIVA DE LOS PROCESOS DE DESARROLLO DE EDITORES GRÁFICOS AL USAR LAS OPCIONES TECNOLÓGICAS EMF/GMF Y EUGENIA ........................................................................ 80 FIGURA 38. CONJUNTO DE PLUG-INS GENERADO POR EUGENIA (IZQ.) Y FICHEROS MÁS RELEVANTES (DER.) ................................................................................................................................................... 83 FIGURA 39. DIAGRAMA DE EJEMPLO USANDO EL EDITOR GRÁFICO LEARN-CIAT ..................................... 85 FIGURA 40. META-MODELO (SINTAXIS ABSTRACTA) DEL EDITOR GRÁFICO LEARN-CIAT ......................... 85 FIGURA 41. CONJUNTO DE ELEMENTOS (SINTAXIS CONCRETA) DEL EDITOR GRÁFICO LEARN-CIAT .......... 86 FIGURA 42. CONJUNTO DE TIPOS PREDEFINIDOS DEL LENGUAJE EOL ...................................................... 88. XIII.

(14) FIGURA 43. SINTAXIS ABSTRACTA DEL LENGUAJE EVL .......................................................................... 89 FIGURA 44. UN PROCESO DE MODELADO Y VALIDACIÓN SOBRE EL EDITOR GRÁFICO LEARN-CIAT ........... 91 FIGURA 45. SINTAXIS ABSTRACTA DEL NÚCLEO DEL LENGUAJE EGL ...................................................... 93 FIGURA 46. PROCESO DE GENERACIÓN DE SISTEMAS CSCL .................................................................... 94 FIGURA 47. DIAGRAMA DE PAQUETES DE LA VERSIÓN ACTUALIZADA DE SPACECLIPSE ............................ 95 FIGURA 48. SENTENCIA NECESARIA PARA EL LANZAMIENTO DE UN SERVIDOR GENÉRICO ECF SOBRE ECLIPSE ................................................................................................................................................... 98 FIGURA 49. FASE 1: GENERACIÓN DE UN EDITOR GRÁFICO MONOUSUARIO/COLABORATIVO ................... 102 FIGURA 50. FASE 2: GENERACIÓN DE UN SISTEMA DE APRENDIZAJE COLABORATIVO ............................. 104 FIGURA 51. RESUMEN DE ETAPAS Y PASOS DE LA PRIMERA FASE DEL MARCO METODOLÓGICO LEARN-CIAM ................................................................................................................................................. 112 FIGURA 52. PRIMERA VERSIÓN DEL EDITOR GRÁFICO LEARN-CIAT ...................................................... 114 FIGURA 53. IMPLEMENTACIÓN DE LA FIGURA DE UN POLÍGONO CON EUGENIA ....................................... 115 FIGURA 54. GENERACIÓN DE UN PLUG-IN AUXILIAR QUE CONTENGA LAS FIGURAS DEL EDITOR .............. 116 FIGURA 55. CREACIÓN DEL FICHERO FIXGMFGEN.EOL, MANEJADOR DE PLUG-INS DE EUGENIA ............. 116 FIGURA 56. RUTA EXACTA DEL PLUG-IN QUE CONTIENE LAS IMÁGENES DEL EDITOR .............................. 117 FIGURA 57. PRIMERA VERSIÓN MEJORADA DEL EDITOR GRÁFICO LEARN-CIAT ..................................... 118 FIGURA 58. PALETA DEL EDITOR LEARN-CIAT SIN PERSONALIZAR (IZQ.) Y PERSONALIZADA (DER.) ...... 120 FIGURA 59. NODOS DE LAS ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE DEL EDITOR LEARN-CIAT SIN PERSONALIZAR (IZQ.) Y PERSONALIZADOS (DER.) ............................................................................................... 122 FIGURA 60. PROPIEDADES DE UN COMPONENTE DEL MODELO GMFGRAPH ............................................ 122 FIGURA 61. DISTANCIA ENTRE UN NODO Y SU ETIQUETA TRAS USAR UNA PLANTILLA EGL/EGX ........... 123 FIGURA 62. RESTRICCIÓN OCL EN TIEMPO DE EJECUCIÓN .................................................................... 126 FIGURA 63. UN DIAGRAMA LEARN-CIAT VALIDADO ........................................................................... 129 FIGURA 64. QUICK FIX QUE ELIMINA UN NODO DUPLICADO................................................................... 130 FIGURA 65. DIAGRAMA LEARN-CIAT TRAS APLICAR LA QUICK FIX SELECCIONADO POR EL USUARIO ..... 131 FIGURA 66. RELACIÓN DE PLUG-INS QUE COMPONEN EL EDITOR GRÁFICO LEARN-CIAT ........................ 133 FIGURA 67. INSTALACIÓN DEL EDITOR GRÁFICO LEARN-CIAT ............................................................. 135 FIGURA 68. RESUMEN DE ETAPAS Y PASOS DE LA SEGUNDA FASE DEL MARCO METODOLÓGICO LEARN-CIAM ................................................................................................................................................. 136 FIGURA 69. EJEMPLO DE UN MODELADO SIMPLIFICADO DE UN CURSO DE PROGRAMACIÓN JAVA HACIENDO USO DE LA HERRAMIENTA LEARN-CIAT ..................................................................................... 137 FIGURA 70. PROPIEDADES DE UN CHAT ................................................................................................ 138 FIGURA 71. VARIABLES DE CONTROL PARA LA GENERACIÓN DE UN SISTEMA CSCL............................... 140 FIGURA 72. CONFIGURACIÓN DE UN GENERADOR EGL ......................................................................... 145 FIGURA 73. CONFIGURACIÓN DEL DOMINIO DE ENTRADA DE UN GENERADOR EGL ................................ 145 FIGURA 74. DISEÑO EXPERIMENTAL DE LA EXPERIENCIA DE EVALUACIÓN DE LA NOTACIÓN LEARN-CIAN ................................................................................................................................................. 151 FIGURA 75. DISEÑO EXPERIMENTAL DE LA EXPERIENCIA LEARN-CIAT................................................. 157 FIGURA 76. UNA SESIÓN DEL PROBLEMA DE LA MOCHILA EN GREEDEX ................................................ 163 FIGURA 77. UNA SIMULACIÓN DEL PROBLEMA DE LA MOCHILA SOBRE GREEDEX TAB ........................... 164 FIGURA 78. LA REPRESENTACIÓN DE UNA MOCHILA EN GREEDEX TAB 1 Y 2 ......................................... 166 FIGURA 79. SIMULACIÓN SOBRE GREEDEX S ANTES (IZQ.) Y DESPUÉS (DER.) DE LAS CORRECCIONES ..... 168 FIGURA 80. RESUMEN DE LA EXPERIENCIA DE EVALUACIÓN DE GREEDEX............................................. 171. XIV.

(15) Índice de Tablas TABLA 1. RESUMEN. DE CARACTERÍSTICAS MÁS RELEVANTES DE LOS ENTORNOS DE MODELADO. COLABORATIVO ANALIZADOS....................................................................................................... 38. TABLA 2. PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN PLANTEADA Y PRINCIPALES ÁREAS A CUBRIR EN LA SLR .......... 50 TABLA 3. TÉRMINOS DE BÚSQUEDA UTILIZADOS EN LA BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN .............................. 50 TABLA 4. DISTRIBUCIÓN DE ARTÍCULOS POTENCIALES SEGÚN ÁREAS DE INTERÉS .................................... 55 TABLA 5. MODALIDAD Y SUBTIPOS DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE EN LEARN-CIAN ......................... 64 TABLA 6. COMPONENTES Y ESPACIOS DE TRABAJO POSIBLES; SU CONFIGURACIÓN Y SUS CARACTERÍSTICAS AWARENESS .................................................................................................................................. 72 TABLA 7. CRITERIOS DE MODELADO DE LA USABILIDAD PEDAGÓGICA DEL MARCO LEARN-CIAM............ 77 TABLA 8. CONJUNTO DE PAQUETES MÍNIMO NECESARIO ....................................................................... 110 TABLA 9. CONJUNTO DE PLANTILLAS EGL Y RUTAS DE DESTINO DE LOS FICHEROS GENERADOS ............ 139 TABLA 10. COMPARATIVA DE LAS VARIABLES DEL PRE-TEST, BASADAS EN EL PERFIL DE LOS ESTUDIANTES ................................................................................................................................................. 153 TABLA 11. RESULTADOS DEL ESTUDIO COMPARATIVO (ESTUDIANTES DE CS FRENTE A ED): VARIABLES BASADAS EN EL RENDIMIENTO Y LA PERCEPCIÓN ......................................................................... 154 TABLA 12. CORRELACIONES ENTRE LAS VARIABLES DEL ESTUDIO ........................................................ 155 TABLA 13. COMPARATIVA DE MEDIAS ENTRE PERFILES DOCENTES Y NO DOCENTES ............................... 159 TABLA 14. COMPARATIVA DE MEDIAS ENTRE PERFILES MÁS (CS) Y MENOS TÉCNICOS (ED) ................... 160 TABLA 15. COMPARATIVA DE MEDIAS ENTRE PERFILES SEGÚN SU ESPECIALIDAD .................................. 160 TABLA 16. RESULTADOS OBTENIDOS EN EL POST-TEST DE LA ACTIVIDAD DE LOS GRUPOS DE CONTROL Y EXPERIMENTAL.......................................................................................................................... 169 TABLA 17. RESULTADOS DE SATISFACCIÓN GENERAL OBTENIDOS SOBRE GREEDEX S ........................... 169 TABLA 18. (CECAM) VALORES DE USABILIDAD PEDAGÓGICA E IU OBTENIDOS SOBRE GREEDEX S ....... 169. XV.

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(17) Índice de Listados LISTADO 1. PORCIÓN DE CÓDIGO EOL DE UN FICHERO DE PERSONALIZACIÓN ECORE2GMF.EOL ............. 28 LISTADO 2. SINTAXIS CONCRETA DE UN CONTEXTO (CONTEXT) DE EVL .................................................. 89 LISTADO 3. SINTAXIS CONCRETA DE UNA INVARIANTE (INVARIANT) DE EVL ............................................ 90 LISTADO 4. SINTAXIS CONCRETA DE UN ARREGLO (FIX) DE EVL ............................................................. 90 LISTADO 5. SINTAXIS CONCRETA DE UNA SENTENCIA PRE/POST DE EVL ................................................. 90 LISTADO 6. UNA PLANTILLA BÁSICA DE EGL ......................................................................................... 93 LISTADO 7. EL TEXTO GENERADO A PARTIR DE LA PLANTILLA EGL ANTERIOR ........................................ 93 LISTADO 8. PLANTILLA EGL QUE GENERA EL NOMBRE DE CADA CLASE DE UN MODELO DE ENTRADA....... 93 LISTADO 9. PORCIÓN DE CÓDIGO EMFATIC CORRESPONDIENTE AL EDITOR GRÁFICO LEARN-CIAT ......... 113 LISTADO 10. CÓDIGO EMFATIC CORRESPONDIENTE A UN HEXÁGONO .................................................... 115 LISTADO 11. CÓDIGO EMFATIC PARA ASIGNAR UNA FIGURA A UN NODO – LEARNCIAT.EMF .................. 116 LISTADO 12. REORDENACIÓN DE LA PALETA DEL EDITOR LEARN-CIAT – ECORE2GMF.EOL ................. 119 LISTADO 13. PERSONALIZACIÓN DE LAS ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE DEL EDITOR LEARN-CIAT – ECORE2GMF.EOL ..................................................................................................................... 121 LISTADO 14. PARCHE GENERADO MANUALMENTE QUE MODIFICA LA DISTANCIA ENTRE UN NODO Y SU ETIQUETA .................................................................................................................................. 124 LISTADO 15. PLANTILLA EGX GENERATEPATCHES.EGX ...................................................................... 125 LISTADO 16. PLANTILLA EGL FIXEXTERNALLABELMARGIN. EGL ........................................................ 126 LISTADO 17. DEFINICIÓN DE RESTRICCIONES OCL CON EUGENIA .......................................................... 126 LISTADO 18. RESTRICCIÓN ENCARGADA DE VALIDAR LA MODALIDAD Y SUBTIPO DE UNA HERRAMIENTA WEB ................................................................................................................................................. 127 LISTADO 19. AVISO ENCARGADO DE CONTROLAR EL NOMBRADO DE LOS NODOS DE UN SOCIOGRAMA .... 128 LISTADO 20. RESTRICCIÓN QUE CONTROLA EL DUPLICADO DE NODOS ................................................... 128 LISTADO 21. PLANTILLA EGX ENCARGADA DE COORDINAR LA GENERACIÓN DE UN SISTEMA CSCL ...... 140 LISTADO 22. PORCIÓN DE CÓDIGO EGL DE LA PLANTILLA CHAT.EGL ..................................................... 141 LISTADO 23. PORCIÓN DE CÓDIGO EGL DE LA PLANTILLA PERSPECTIVACOMANDO.EGL .......................... 142 LISTADO 24. PORCIÓN DE CÓDIGO EGL DE LA PLANTILLA EDITOR.EGL .................................................. 142 LISTADO 25. PORCIÓN DE CÓDIGO EGL DE LA PLANTILLA SPACECLIPSE.EGL.......................................... 143. XVII.

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(19) Capítulo 1. Introducción En la sociedad actual existe una necesidad cada vez mayor de interconexión y de comunicación, así como de dar soporte a actividades en grupo en diversos ámbitos como en el trabajo, en entornos de aprendizaje e incluso en actividades de ocio. Se puede afirmar, por tanto, que el software monousuario resulta insuficiente para cubrir dichas necesidades, dando lugar a la aparición de un nuevo tipo de software al que se ha denominado groupware (Ellis, Gibbs, & Rein, 1991; Mavri & Hadjiconstantinou, 2018), diseñado para soportar actividades en grupo. El diseño y creación de herramientas groupware es un campo de la Ingeniería del Software que ha ganado relevancia e interés en los últimos tiempos (Collis, 1994; Teruel, Navarro, López-Jaquero, Montero, & González, 2017), siendo necesario contemplar aspectos como la sincronización, la coordinación (Sire, Chatty, Gaspard-Boulinc, & Colin, 1999) o la existencia de espacios de trabajo compartido (González & Mark, 2005), que no existen en los sistemas monousuario (Ellis, Gibbs, & Rein, 1991). Su implementación resulta un proceso complejo, en el que hay que tener en cuenta aspectos como los protocolos sociales empleados o las actividades en grupo soportadas (Ellis et al., 1991; Grudin & Poltrock, 1997). Además, a este hecho se añade la complejidad de dotar a estos sistemas de interfaces de usuario que sean usables (Billinghurst, 2008) y que fomenten la conciencia de grupo o awareness1 (requisito a contemplar en el caso de los sistemas colaborativos síncronos) (Antunes, Herskovic, Ochoa, & Pino, 2014; Collazos et al., 2018; Dourish & Bellotti, 1992). Este trabajo de investigación se centra en el modelado y generación de sistemas groupware. Concretamente, en el desarrollo de sistemas software de soporte al aprendizaje en grupo, también denominado CSCL (Computer-Supported Collaborative Learning) (Hernández-Sellés, Muñoz-Carril, & González-Sanmamed, 2019; Koschmann, 1996; Stahl, 2015). Así pues, a la ya compleja tarea de diseñar aplicaciones colaborativas. 1. El término awareness hace referencia a la percepción y el conocimiento del grupo de usuarios y de su actividad en un contexto de trabajo colaborativo..

(20) Marco de Desarrollo Basado en Modelos de Sistemas de Aprendizaje Colaborativo. (Grudin, 1994) se añade la componente relacionada con el aprendizaje, que complica el proceso de especificación, implementación y validación de este tipo de sistemas (Häkkinen, Arvaja, & Mäkitalo, 2004; Lipponen, 1999). Así, además de considerar los aspectos directamente relacionados con la usabilidad tecnológica, al hablar de aplicaciones de soporte a tareas de aprendizaje es necesario considerar también aspectos de carácter pedagógico (Kukulska-Hulme & Shield, 2004; Minocha & Roberts, 2008; Precel, Eshet-Alkalai, & Alberton, 2009). En este trabajo de investigación se presenta una nueva propuesta metodológica sistemática, formalizada y validada, denominada Learn-CIAM, de soporte al desarrollo de sistemas de aprendizaje colaborativo usando un enfoque de desarrollo dirigido por modelos. Se ha decidido adoptar dicho enfoque por las ventajas que aporta a diferencia de otros enfoques, como por ejemplo el ad-hoc2 tradicional, en el que los modelos eran utilizados en su mayoría en el planteamiento y diseño de un sistema software. En un enfoque dirigido por modelos estos adquieren más importancia, situándose como los artefactos principales en el proceso de desarrollo. De esta forma, a partir de la definición de un modelo y una serie de transformaciones automáticas modelo-a-modelo (M2M, model-to-model) y modelo-a-texto (M2T, model-to-text), es posible generar el sistema software deseado; dando lugar a un proceso de desarrollo más rápido, más económico, y en el que los expertos del dominio adoptan un rol relevante (Favre, 2004; Selic, 2003). Una de las principales ventajas es el grado de generalización que aporta, al ser un proceso de desarrollo más abstracto, que permite modularizar y reutilizar los componentes ya implementados en otros problemas o contextos de trabajo. Learn-CIAM se encuentra alineado con el proceso unificado de desarrollo de software, y tiene en cuenta aspectos tanto tecnológicos como pedagógicos, poniendo énfasis en el soporte al awareness de los sistemas CSCL generados al aplicar el proceso de desarrollo propuesto. Además, dicha propuesta metodológica está soportada mediante una herramienta CASE, basada en la plataforma Eclipse, que guía tanto a los ingenieros de software como a usuarios de un perfil menos técnico (docentes y profesores) en el proceso de desarrollo y especificación de todos los requisitos de interacción, colaboración, usabilidad, awareness y funcionalidad del sistema CSCL. Estos requisitos se recogen desde las primeras fases del proceso de desarrollo mediante una serie de notaciones y técnicas de especificación creadas a tal efecto.. 1.1. Motivación Este trabajo de investigación fue motivado por el conocimiento de la metodología CIAM (Collaborative Interactive Applications Methodology) (Molina, Redondo, &. 2. En Ingeniería del Software, término que hace referencia a un método de desarrollo cuyo único fin consiste en desarrollar un sistema que dé respuesta al problema en el que se está trabajando, sin dotar al desarrollo de la necesaria modularidad que permita reutilizar sus componentes en el futuro.. 2.

(21) Capítulo 1. Introducción. Ortega, 2009a; Molina, Redondo, Ortega, & Hoppe, 2008), su notación gráfica, CIAN (Collaborative Interactive Applications Notation) (Molina, Gallardo, Redondo, Ortega, & Giraldo, 2013; Molina, Redondo, & Ortega, 2006), y la ausencia de métodos de soporte al modelado de sistemas de aprendizaje en grupo que contemplara características de usabilidad pedagógica3 (necesarias en el diseño de sistemas de aprendizaje) y awareness (necesarias en el diseño de sistemas colaborativos síncronos). La metodología CIAM pretende dar soporte al modelado de sistemas de trabajo en grupo, siendo CIAN la notación que permite modelar los aspectos colaborativos (cooperación, coordinación, compartición de información, control de acceso, contexto compartido, etc.) y de Interacción Persona-Ordenador a través de la especificación de las interacciones entre el usuario final y la interfaz colaborativa, gracias a la notación CTT (Mori, Paternò, & Santoro, 2002; Paternò, 2003). Sin embargo, en este trabajo de investigación se pretende dar soporte a la creación de sistemas colaborativos de aprendizaje siguiendo un enfoque de la Ingeniería Dirigida por Modelos (MDE, Model-Driven Engineering) (Di Ruscio, Franzago, Malavolta, & Muccini, 2017; Favre, 2004; Selic, 2003) y de las Arquitecturas Dirigidas por Modelos (MDA, Model-Driven Architecture) (Frankel, Booch, Rumbaugh, & Selic, 2004) que propone el Object Management Group4 (OMG). Al tratarse de sistemas de aprendizaje, también se considera necesario incorporar aspectos de la usabilidad pedagógica (Monteiro, da Silva, Santos, & da Silva, 2016; Nokelainen, 2006) junto a los aspectos tecnológicos que aporta CIAM, considerando necesaria, por tanto, la evolución tanto de la metodología como de sus herramientas de soporte. CIAM se encuentra tecnológicamente soportada por las herramientas CIAT (aplicación para la creación de modelos en notación CIAN) y CIAT-GUI (Molina et al., 2012); permitiendo esta última generar un prototipo de las interfaces de usuario de las aplicaciones monousuario modeladas con CIAT. Sin embargo, la generación de interfaces de usuario de soporte a tareas colaborativas síncronas no está soportada. El diseño y generación de este tipo de interfaces implica incorporar a los modelos de CIAM aspectos relacionados con el awareness (Dourish & Bellotti, 1992; Gutwin & Greenberg, 1996). Así pues, la herramienta CIAT-GUI deberá evolucionar para permitir generar automáticamente interfaces que incluyan una serie de componentes/widgets de soporte a dicha característica (telepunteros, vistas de radar, paneles de sesión, etc.) (Gutwin, Roseman, & Greenberg, 1996). Por otra parte, la versión actual de CIAT es de uso individual (Giraldo, Molina, Collazos, Ortega, & Redondo, 2009). Puesto que el diseño de software suele ser una tarea en la que se ven implicados varios diseñadores/desarrolladores, se plantea hacer evolucionar CIAT para dar soporte a tareas de modelado en grupo, es decir, a la creación de modelos colaborativamente (Gallardo, Molina, Bravo, & Gallego, 2015; Gallardo, Molina, Bravo, Redondo, & Collazos, 2008, 3. El término usabilidad pedagógica hace referencia a la capacidad de un sistema de aprendizaje de proporcionar un soporte tecnológico adecuado a los objetivos de aprendizaje establecidos por los profesores y alumnos. 4. http://www.omg.org/. 3.

(22) Marco de Desarrollo Basado en Modelos de Sistemas de Aprendizaje Colaborativo. 2011). En relación a este punto, en el marco del grupo CHICO, en el cual se ha desarrollado la presente investigación, se han realizado trabajos previos relacionados con la generación de editores colaborativos, que han dado lugar a los entornos SPACEDESIGN (Bravo, Gallardo, García-Minguillán, & Redondo, 2004; Gallardo, Molina, Bravo, & Gallego, 2014), o su evolución como plug-in de Eclipse, SpacEclipse (Gallardo Casero, 2010; Gallardo, Bravo, & Redondo, 2012).. 1.2. Objetivos e hipótesis de investigación El presente trabajo de investigación tiene como fin la validación de la siguiente hipótesis: Es factible desarrollar un marco metodológico que incluya una serie de técnicas de especificación y validación para guiar a los implicados en el proceso de desarrollo de sistemas de aprendizaje colaborativos. Este proceso de desarrollo seguirá los principios de la MDE, contemplará no sólo aspectos tecnológicos (interacción, colaboración, awareness), sino también pedagógicos, y estará soportado por una serie de herramientas de edición y validación de modelos, así como de generación de código de los sistemas colaborativos de aprendizaje finales. A partir de esta hipótesis se ha planteado una serie de objetivos generales, que se detallan a continuación.. Objetivo 1 Estudiar en profundidad el estado de la cuestión sobre modelado, validación y generación de sistemas CSCL, de cara a proponer un proceso de desarrollo, usando un enfoque de desarrollo dirigido por modelos, que incorpore soporte a aspectos de awareness y otros aspectos específicos de los sistemas de aprendizaje colaborativos, como es la usabilidad pedagógica. El conocimiento profundo de la bibliografía relacionada permitirá establecer de forma más específica y realista los objetivos a lograr en esta investigación, el plan de trabajo a desarrollar, así como los riesgos que pudieran surgir durante el desarrollo de la misma.. Objetivo 2 Plantear y formalizar un procedimiento sistemático y guiado a seguir por los diseñadores al modelar sistemas de aprendizaje colaborativos usando un enfoque de diseño basado en modelos. Las últimas etapas del proceso de especificación abordarán el desarrollo semi-automático de interfaces gráficas de usuario en las que se incorporen aspectos de awareness y de usabilidad pedagógica. De esta forma, se planteará un proceso. 4.

(23) Capítulo 1. Introducción. de diseño basado en modelos que incorpore mecanismos de transformación entre modelos y de modelo-a-texto hasta obtener la solución final (los sistemas de aprendizaje CSCL).. Objetivo 3 Proponer una notación en la que se contemplen los distintos aspectos a especificar en un sistema CSCL. La definición de dicha notación se basará en un marco conceptual que describa los aspectos, en forma de entidades y relaciones, que puedan caracterizar los distintos escenarios de aprendizaje colaborativo. Dicho marco conceptual incluirá los conceptos relativos a la colaboración, la interacción y los aspectos pedagógicos del sistema a especificar; indicando la relación y conexión entre ellos. Deberá permitir la definición de los distintos aspectos a contemplar durante el modelado (usabilidad tecnológica, pedagógica, colaboración, awareness…) y, por otro lado, incluir una agrupación en vistas y niveles de abstracción en los que se encuadrarán los distintos modelos (y conceptos).. Objetivo 4 Creación de las herramientas de soporte al proceso metodológico propuesto, así como a la especificación y validación de modelos creados con la notación especificada. El resultado final consistirá en una serie de herramientas de edición, validación y transformación de modelos que asistan en el proceso de especificación de los distintos aspectos de un sistema CSCL. Estas utilidades se incorporarán como componentes tipo plug-in en el entorno de desarrollo Eclipse.. Objetivo 5 Validar la propuesta planteada (método, notación y herramientas), para lo cual se contará con la colaboración de expertos en usabilidad y modelado conceptual, así como con estudiantes universitarios. El objetivo es evaluar la idoneidad del método, la notación, así como la funcionalidad, usabilidad y soporte al diseño colaborativo de la herramienta, planteando su aplicación a dominios reales.. Objetivo 6 Documentar el método, la notación y las herramientas creadas, para lo cual será necesario producir la correspondiente documentación técnica a emplear por los ingenieros y diseñadores implicados en el desarrollo de los sistemas CSCL. Con este fin, se recogerá toda la información que se genere en las acciones encaminadas a lograr el resto de los objetivos y se hará énfasis en la preparación de informes que definan y describan las fases de la aproximación metodológica, las notaciones que se emplean, los modelos que se construyen y las herramientas que los manipulan. También se plantea la difusión de resultados en forma de contribuciones científicas originales, en congresos y revistas relevantes del ámbito de la Ingeniería del Software, la Interacción Persona-Ordenador y del ámbito educativo. 5.

(24) Marco de Desarrollo Basado en Modelos de Sistemas de Aprendizaje Colaborativo. Por último, será necesario analizar y explotar las posibilidades y oportunidades para la transferencia tecnológica tanto de la propuesta metodológica como las herramientas software desarrolladas para soportarla, considerando su utilización tanto en entornos académicos como industriales.. 1.3. Método y fases de trabajo Con el fin de alcanzar los objetivos mencionados anteriormente y contrastar la hipótesis planteada se propone el siguiente plan de investigación, expresado como una secuencia de etapas a seguir, resumido en el diagrama de Gantt de la Figura 1.. Etapa 1. Revisión de la literatura Revisión del estado del arte, planificación y organización. Esta etapa tiene por objetivo, por un lado, el ajuste de este trabajo de investigación revisando los objetivos, analizando los riesgos y delimitando los hitos más importantes. Por otro lado, se elaborará un informe sobre el estado de la cuestión actualizado que permita definir con precisión los objetivos específicos de esta tesis.. Etapa 2. Planteamiento y formalización del marco metodológico Planteamiento y formalización del procedimiento, basado en modelos, de construcción de sistemas de software de soporte al aprendizaje colaborativo. El objetivo de esta etapa es el de diseñar y formalizar una evolución de la metodología CIAM que se empleará como procedimiento sistemático y guiado para el modelado de este tipo de sistemas siguiendo un enfoque de ingeniería basada en modelos, usando meta-modelos o marcos conceptuales como artefactos principales en el proceso de desarrollo.. Etapa 3. Propuesta y definición del marco conceptual del marco metodológico Propuesta y definición del marco conceptual para la caracterización de distintos escenarios de aprendizaje colaborativo. El objetivo de esta etapa es el de proponer un marco conceptual que describa los conceptos teóricos que caracterizan las situaciones y escenarios de aprendizaje colaborativo, en forma de entidades y relaciones, incluyendo los conceptos relativos a la colaboración, la interacción y los aspectos pedagógicos que puedan ser objeto de consideración en el diseño de un sistema CSCL.. Etapa 4. Diseño y desarrollo de las herramientas de soporte al marco metodológico Diseño y desarrollo de herramientas gráficas de soporte a la especificación, validación y generación de sistemas de aprendizaje colaborativo. El objetivo de esta etapa contempla la construcción y el desarrollo completo de la casi totalidad del software de soporte a las propuestas formuladas en el contexto de este trabajo de investigación. 6.

(25) Capítulo 1. Introducción. Etapa 5. Validación del marco metodológico Validación de las propuestas mediante experimentación, análisis y contraste de resultados. El objetivo de esta etapa es la evaluación del método, la notación y sus herramientas de soporte, mediante experimentación con usuarios potenciales. Los datos obtenidos en las experiencias a realizar serán objeto de un riguroso proceso de análisis y contraste de resultados.. Etapa 6. Elaboración de la memoria de la tesis Elaboración de documentación técnica y científica para la difusión de resultados. Generar y publicar la documentación técnica de las contribuciones realizadas, destinada a los ingenieros y diseñadores implicados en el desarrollo de sistemas CSCL, así como clasificar y organizar la documentación científica básica para los procesos de difusión de las contribuciones científicas originales e innovadoras de la tesis en los ámbitos de la Ingeniería del Software, la Interacción Persona-Ordenador y de la Informática Educativa o Educación Digital.. Figura 1. Plan de investigación resumido. 1.4. Marco de trabajo Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del grupo de investigación CHICO (Computer-Human Interaction and Collaboration)5 de la Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM). El grupo CHICO, incluido dentro de la UCLM en la Escuela Superior de Informática y en el Departamento de Tecnologías y Sistemas de la Información es un grupo reconocido por la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha como grupo de excelencia. Sus intereses de investigación se centran en los ámbitos de la Interacción Persona-Ordenador, los Sistemas Colaborativos y la Informática Educativa. Así, este trabajo de investigación se enmarca en el ámbito de varios proyectos científicotecnológicos de este grupo de investigación, financiados por diversas instituciones públicas y privadas. A continuación, se citan dichos proyectos y se describe brevemente la relación que han tenido con este trabajo. El proyecto InteGroup, financiado por la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha entre los años 2014 y 2017, trató de abordar la integración de la propuesta metodológica CIAM (Molina et al., 2008) con el proceso de desarrollo software, con el 5. http://blog.uclm.es/grupochico/. 7.

(26) Marco de Desarrollo Basado en Modelos de Sistemas de Aprendizaje Colaborativo. objetivo de dar un soporte completo al desarrollo de sistemas colaborativos e interactivos desde un enfoque dirigido por modelos. Las conclusiones de este proyecto sirvieron para sentar las bases de este trabajo de investigación. El proyecto DomoSim-TPC planteó el estudio y desarrollo de sistemas para el aprendizaje colaborativo de tareas de diseño, profundizando en la problemática de los entornos de aprendizaje colaborativos mediante planificación del diseño, modelado y simulación. Este trabajo aportó una metodología y herramientas de soporte centradas en el modelado de sistemas domóticos, mientras que en este trabajo de investigación se pretende facilitar el modelado de sistemas CSCL. El proyecto SPACE-DOMAIN, financiado por la Universidad de Castilla-La Mancha entre los años 2004 y 2005, estudió el uso de especificaciones para describir dominios de diseño, problemas y funcionalidades de comunicación estructurada. Se desarrolló, en una primera aproximación, un sistema de soporte al trabajo colaborativo de manera síncrona distribuida. A su vez, en una segunda aproximación se desarrolló un sistema basado en Eclipse que facilitaba, aplicando técnicas de meta-modelado, automatizar la construcción de sistemas colaborativos de modelado gráfico distribuido síncrono. En el presente trabajo de investigación, se desea ampliar el número de sistemas de aprendizaje a generar, no sólo de modelado gráfico. Por último, el proyecto M-CUIDE (Mobile-Collaborative User Interfaces DEvelopment), financiado por la Universidad de Castilla-La Mancha entre los años 2008 y 2009, propuso una metodología para el desarrollo de interfaces de usuario de sistemas móviles de aprendizaje (sistemas m-learning). En el marco de este trabajo de investigación se pretende hacer evolucionar o adaptar la propuesta metodológica CIAM para dar soporte al diseño de sistemas CSCL (no móviles) y que tengan en cuenta aspectos de usabilidad pedagógica.. 1.5. Estructura de la memoria Esta memoria se estructura en un total de seis capítulos y una serie de anexos. Una vez introducidos los objetivos, organización y planificación del trabajo a realizar, en el siguiente capítulo se muestra una recopilación de trabajos relacionados, que han resultado analizados en la búsqueda de métodos y tecnologías similares ya existentes, escogiendo aquellos que se consideraron más útiles en la resolución de los objetivos de esta tesis. El capítulo 3, por su parte, introduce el marco metodológico alcanzado, distribuido en tres secciones: (1) el marco conceptual, que recoge el conjunto de meta-modelos que sirven de artefacto principal en la generación de las herramientas de soporte al método; (2) el marco tecnológico, que introduce el conjunto de tecnologías necesario para su aplicación; y (3) el marco metodológico, que enumera cada una de las fases y etapas de las que consta. El capítulo 4 muestra un ejemplo completo de aplicación del método en un contexto real. A continuación, en el capítulo 5, se detalla el conjunto de experiencias realizadas, con el. 8.

(27) Capítulo 1. Introducción. objetivo de evaluar y tratar de mejorar cada uno de los componentes del marco propuesto. Finalmente, el capítulo 6, describe las conclusiones derivadas del trabajo realizado.. 9.

(28)

(29) Capítulo 2. Fundamentos teóricos y antecedentes En este capítulo se exponen los fundamentos teóricos relacionados con la temática y finalidad del presente trabajo de investigación, distribuidos en las siguientes áreas: (1) el desarrollo basado en modelos de sistemas de trabajo en grupo (CSCW, ComputerSupported Cooperative Work), de sistemas de aprendizaje en grupo (CSCL, ComputerSupported Collaborative Learning), y el soporte al awareness en este tipo de sistemas (Gutwin & Greenberg, 1996; Gutwin, Penner, & Schneider, 2004); (2) el enfoque de desarrollo dirigido por modelos, y en concreto, su implementación sobre la plataforma de desarrollo Eclipse; (3) el desarrollo basado en modelos de interfaces de usuario (MBUID, Model-Based User Interface Development) (Magoulas, 2006; Trætteberg, 2002), así como el soporte a la usabilidad pedagógica en las mismas (Monteiro et al., 2016; Nokelainen, 2006); y por último, (4) una revisión sistemática de la literatura en la búsqueda de propuestas metodológicas similares ya existentes. Así pues, el capítulo queda organizado de la siguiente forma: en primer lugar, se hace una introducción a los ámbitos del trabajo en grupo (CSCW) y, en especial, al aprendizaje colaborativo soportado por computador (CSCL). En esta misma sección se aborda la problemática del modelado de este tipo de sistemas, y en particular, su desarrollo basado en modelos, mencionando algunas de las técnicas de especificación/modelado y de soporte al awareness más relevantes. A continuación, se presenta el enfoque de desarrollo escogido (MDE), sus aspectos teóricos, y las herramientas y tecnologías más relevantes y actuales en este ámbito, concluyendo con la revisión de algunas herramientas de modelado colaborativo. En la siguiente sección, se introduce la problemática de creación de interfaces de usuario basada en modelos (MBUID), haciendo un análisis de las herramientas y aproximaciones más relevantes. A su vez, se aborda el diseño de sistemas interactivos y colaborativos y, en particular, los aspectos de carácter pedagógico a considerar en el diseño de sistemas CSCL. Por último, se describen los resultados de una revisión sistemática de la literatura llevada a cabo para localizar trabajos existentes que abordaran todos los aspectos o áreas mencionados de manera conjunta, concluyendo con una reflexión sobre cómo se aplicarán las lecciones aprendidas en este trabajo de investigación..

(30) Marco de Desarrollo Basado en Modelos de Sistemas de Aprendizaje Colaborativo. 2.1. Desarrollo basado en modelos de sistemas de soporte al trabajo y al aprendizaje en grupo Entre los diferentes sistemas que podrían generarse aplicando un proceso de desarrollo dirigido por modelos se encuentran los sistemas de trabajo en grupo (groupware) y, en particular, los sistemas de aprendizaje colaborativo, principal foco de interés en este trabajo de investigación. El término groupware (Ellis et al., 1991) hace referencia a la tecnología o software de soporte a la actividad grupal, es decir, a los productos y aplicaciones que soportan el trabajo colaborativo. El término groupware se encuadra dentro del área del CSCW (Computer-Supported Cooperative Work). El término CSCW fue acuñado por Irene Greif (Greif, 1988) para describir cómo los computadores pueden ayudar a los usuarios a trabajar en grupo. De acuerdo con Collis (Collis, 1994), el CSCW es el resultado de un largo proceso evolutivo en varias áreas de investigación, entre las que se pueden citar las Teorías Organizativas, la Informática, los Sistemas de Información, la Psicología Cognitiva y Social, la Ergonomía, las Comunicaciones, la Sociología e, incluso, la Antropología, entre otras. El término CSCW hace referencia tanto a la disciplina científica que describe cómo diseñar y desarrollar aplicaciones de soporte al trabajo en grupo, como al estudio teórico-práctico de cómo las personas trabajan colaborativamente y cómo afecta el empleo de aplicaciones de soporte al comportamiento del grupo. De la especialización del CSCW al ámbito educativo surge el concepto CSCL (Computer Supported Collaborative Learning) (Dourish, 2006; Koschmann, 1996). Según Stahl (Stahl, Koschmann, & Suthers, 2006), este concepto se puede definir como la aplicación de la tecnología informática para enriquecer el aprendizaje en grupo y obtener nuevos métodos, estrategias y aplicaciones educativas. En los últimos años ha existido una gran producción de sistemas CSCL, y su uso se ha hecho masivo en gran parte debido a la introducción de sistemas LCMS (Learning Content Management System) y cursos MOOC (Massive Online Open Courses), ya de uso común en distintos niveles educativos (Johnson, Adams, Estrada, & Freeman, 2015). El CSCL se encuentra en la intersección de varias áreas de conocimiento: la práctica educativa, la psicología del aprendizaje, y el soporte que las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) proporcionan a los procesos de enseñanza/aprendizaje. Así pues, a la ya compleja tarea de desarrollar un sistema colaborativo se añade la dificultad de considerar nuevos aspectos, como: la formación y configuración de los grupos de estudiantes, la alineación de las tareas a realizar con los objetivos de aprendizaje, la calidad y carga cognitiva que imponen los materiales didácticos a usar, la consideración del conocimiento previo del estudiante, el estilo de aprendizaje o motivación, el adecuado soporte a la resolución de problemas, así como a la discusión, la argumentación y la toma de decisiones, entre otros (Häkkinen et al., 2004; Lipponen, 1999). Con la realización de este trabajo de investigación se pretende realizar aportaciones significativas al área del diseño y el desarrollo de sistemas CSCL. Sin embargo, el proceso 12.

(31) Capítulo 2. Fundamentos Teóricos y Antecedentes. de diseño de este tipo de sistemas es una tarea difícil de abordar (Grudin, 1994; Schmidt & Bannon, 2013), en parte debido a la multidisciplinaridad antes comentada. El desarrollo de este tipo de sistemas presenta dificultades añadidas con respecto al proceso de desarrollo de las aplicaciones monousuario (Ellis et al., 1991; Grudin, 1994). Para crear aplicaciones groupware eficaces se debe incorporar no solo aspectos tecnológicos (interacción, colaboración, awareness, usabilidad, etc.) sino aspectos de naturaleza social y psicológica (Rosenberg & Hutchison, 1994; Stahl, 2013), y en el caso concreto del desarrollo de sistemas de aprendizaje, también aspectos pedagógicos (Chong, 2016; Minocha & Roberts, 2008). Atendiendo a Schmidt y Bannon (Schmidt & Bannon, 2013) existen tres enfoques principales para el desarrollo de sistemas colaborativos: §. El desarrollo ad-hoc tradicional, en el que los sistemas se construyen de forma totalmente adaptada a la problemática concreta a la que se pretende dar soporte y programando desde cero cada nuevo desarrollo. Este paradigma ha sido hasta el momento la tendencia habitual. Evidentemente, esta aproximación supone un trabajo laborioso y costoso, que obliga a los desarrolladores a trabajar a muy bajos niveles de implementación. Con el tiempo, las nuevas posibilidades del software y la tendencia a producir este de manera industrial, abordando problemas cada vez más complejos, han evitado tener que recurrir a este método.. §. El uso de APIs (Application Programming Interfaces) y toolkits de programación, que ofrecen un nivel más alto de abstracción al programar. Con este tipo de elementos, los desarrolladores groupware pasaron a disponer de un conjunto de abstracciones a la hora de realizar sus implementaciones. Las APIs y toolkits suelen estar formadas por conjuntos de clases que representan los conceptos más comunes en el desarrollo de groupware (sesión, canal, etc.), y están implementados en un lenguaje de programación concreto.. §. El desarrollo de sistemas colaborativos basados en componentes, que facilita la construcción de este tipo de sistemas mediante el uso de bloques de construcción predefinidos que pueden ser reutilizados y combinados (Guareis, 2002; Hummes & Merialdo, 2000).. Sin embargo, una línea de desarrollo más reciente es la que propone basar el proceso en el modelado conceptual de la aplicación colaborativa (Garrido Bullejos, 2003; Johnson, 2004; Molina et al., 2006; Penichet, Lozano, Gallud, & Tesoriero, 2010). Esta aproximación está alineada con la Ingeniería de Desarrollo Dirigido por Modelos. En el proceso de diseño y desarrollo de sistemas colaborativos, el modelo o modelos a usar deberían contener las características particulares y esenciales de este tipo de sistemas, así como facilitar el proceso de diseño, propiciando, en el mejor de los casos, la generación semi-automática de la aplicación final (Giraldo et al., 2015; Molina et al., 2012). A continuación, se hace una revisión de las principales técnicas de modelado o notaciones para diseñar sistemas colaborativos existentes en la literatura. 13.

(32) Marco de Desarrollo Basado en Modelos de Sistemas de Aprendizaje Colaborativo. 2.1.1. Técnicas de especificación/modelado de sistemas colaborativos Existen varias propuestas que abordan el modelado conceptual de sistemas de trabajo en grupo soportado por computador. Estas propuestas provienen de diversas áreas, como la comunidad de la Interacción Persona-Ordenador (IPO), la propia CSCW, o la Ingeniería de Software (ISO). Así, por ejemplo, entre las aportaciones más relevantes en el campo de la IPO cabe destacar la notación ConcurTaskTrees (CTT) (Paternò, 2003), que además de permitir la especificación de los aspectos más interactivos de un sistema da soporte al modelado de tareas cooperativas; el framework Group Task Analysis (GTA) (van der Veer & van Welie, 2003), que propone un conjunto de representaciones para la especificación de diferentes aspectos del trabajo en grupo y del entorno en el que se desarrolla; la aproximación CUA (Collaborative Usability Analysis) (Pinelle, 2004), una técnica de análisis de tareas diseñada para representar el trabajo en grupo en tareas compartidas y llevar a cabo evaluaciones de usabilidad de sistemas groupware; o el método MABTA (Multiple Aspect Based Task Analysis) (Lim, 2004), otro método de análisis de tareas, más centrado en el análisis de la situación de los usuarios en la realización de tareas de trabajo en grupo. Dentro del área CSCW, y de la representación de sistemas mediante flujos de trabajo (workflow) también se podría destacar: la notación APM (Action Port Model) (Carlsen, 1998), tomada como referencia por otras notaciones propuestas por Trætteberg como RML, TaskMODL o DiaMODL (Trætteberg, 2002); o MoCA (Model of Coordinated Action) (Lee & Paine, 2015), para la descripción de escenarios y entornos complejos de colaboración en los que participa un gran número de usuarios, de distintas áreas o perfiles, y en la que se aplican desarrollos ágiles. Finalmente, explorando el área de la ISO se puede destacar algunas extensiones de la notación UML, como COMO-UML (Derntl & Motschnig-Pitrik, 2011) y UML-G (Rubart & Dawabi, 2004); la notación i* (Yu, 1995), que incorpora un modelado orientado a objetivos y se usa en disciplinas como la ingeniería de requisitos o el modelado de procesos en organizaciones, lo cual se relaciona también con el CSCW (Molina et al., 2009a; Penichet et al., 2010); la propuesta TOUCHE (Penichet, Lozano, Gallud, & Tesoriero, 2009; Penichet et al., 2010; Penichet et al., 2008), que propone una serie de plantillas de requisitos que incluyen nueva información sobre características específicas de los sistemas groupware; o el framework CSRMF (Collaborative Systems Requirement Modeling Framework), que propone la notación CSRML (Teruel et al., 2017) inspirada en la notación i*, que es uno de los pocos trabajos que incorpora aspectos de modelado del awareness en el proceso de diseño de los sistemas groupware. Molina (Molina, Redondo, & Ortega, 2009b) realizó una primera revisión de estas y otras técnicas de modelado conceptual de sistemas groupware que permitió detectar ciertas deficiencias en el modelado de los aspectos colaborativos de los sistemas, así como la ausencia de propuestas que aunaran aspectos de modelado de la colaboración con los aspectos más interactivos (Gallardo et al., 2011; Molina et al., 2009b). La mayoría de ellas dejaban varios problemas sin resolver, tales como la especificación del contexto 14.

(33) Capítulo 2. Fundamentos Teóricos y Antecedentes. compartido, notificaciones y la visualización de la parte más interactiva de los sistemas. Así pues, ante la necesidad de contar con un método sistemático que guiara a los ingenieros en el proceso de creación de las interfaces de usuario de los sistemas CSCW, se propuso el marco metodológico CIAM (Molina et al., 2006, 2008). CIAM es una metodología creada con el propósito de facilitar el diseño de sistemas groupware y dotar a sus interfaces de usuario de una mayor calidad. Consta de una serie de fases de modelado que asisten al diseñador desde el análisis del contexto de trabajo hasta la obtención del modelo de tareas interactivas; sirviendo este último como artefacto de entrada a un proceso de desarrollo de interfaces de usuario basado en modelos (MBUID, Model-Based User Interface Development) (Trætteberg, 2002), encargado de la generación automática o semi-automática de su interfaz de usuario final. La propuesta está compuesta por un total de cinco fases (Figura 2), que guían al diseñador en el proceso de especificación del sistema CSCW hasta llegar a modelos cercanos a la especificación de la interfaz de usuario final, en cada una de las cuales se hace uso de un conjunto de técnicas de especificación a crear mediante la notación CIAN (Collaborative Interactive Applications Notation). La notación CIAN (Molina et al., 2013) facilita la creación de los diferentes modelos, cada uno de los cuales representa un aspecto o perspectiva de modelado distinta, definiendo así un subconjunto específico de conceptos. En concreto, se propuso un marco conceptual (Molina et al., 2013, 2006) para concretar el conjunto de conceptos que componen cada una de dichas perspectivas o vistas, compuesto por hasta cuatro vistas diferentes: la vista organizacional, la vista de procesos, la vista de datos y la vista de interacción.. Figura 2. Fases y artefactos de la propuesta metodológica CIAM. Sin embargo, pese a permitir la especificación de los aspectos interactivos y colaborativos de los sistemas groupware, la notación CIAN no tiene en cuenta aspectos pedagógicos, necesarios al diseñar sistemas CSCL. En el ámbito del modelado de sistemas de aprendizaje existen los lenguajes visuales de diseño instruccional (VIDL, Visual Instructional Design Languages) (Botturi & Stubbs, 2011) y varias herramientas de autor (aquellas construidas para ayudar a los usuarios a especificar los escenarios de aprendizaje con cierta terminología específica y formalismo gráfico). Los lenguajes VIDL aparecieron en el dominio del e-learning como 15.