Software Educativo Orientado a Objetos: Una Guía para su desarrollo
Ma. Gracia Montalvo Instituto Tecnológico de Orizaba
[email protected]
Ma. Antonieta Abud Instituto Tecnológico de Orizaba
[email protected]
Raúl A. Aguilar
Universidad Autónoma de Yucatán [email protected]
Gustavo Peláez
Instituto Tecnológico de Orizaba
[email protected]Resumen
El uso de Software Educativo como apoyo a los procesos de enseñanza y de aprendizaje, se ha convertido en una poderosa alternativa didáctica para el proceso educativo.
La interactividad, la colaboración, el juego, la creatividad, etc., son algunas de las características que se busca incorporar en este tipo de sistemas software. A nuestros días, existen varias metodologías encaminadas a atender el desarrollo este tipo de aplicaciones. Una de las metodologías más completas y documentadas para el desarrollo de Software Educativo, es la propuesta por Gálvis a principios de los años 90. Posteriormente, con la aparición del paradigma Orientado a Objetos, Gómez, Gálvis y Mariño realizaron una adaptación a la misma, no obstante, ésta no ha sido documentada lo suficiente.
En este artículo se describe una guía para la aplicación de la metodología antes citada; se detallan las actividades necesarias para obtener un producto de software educativo de calidad basado en el concepto de micromundos interactivos.
Palabras clave: Software Educativo, Micromundos Interactivos, Metodología ISE-OO.
1. Introducción
La Ingeniería de Software es una disciplina que ha evolucionado de manera significativa en las últimas décadas. El incremento en la utilización de Software Educativo en las instituciones educativas, ha promovido una demanda en cantidad y calidad de éste tipo de sistemas, por lo anterior, el desarrollo y uso de metodologías perfectamente documentadas en las que puedan apoyarse los equipos de desarrollo para éste dominio de aplicación, resulta una necesidad real para la Ingeniería de Software.
De acuerdo con Piattini [1] una metodología de desarrollo ofrece un conjunto de procedimientos, técnicas, herramientas, y soporte documental, que ayuda a los desarrolladores a realizar un nuevo software. Dichas metodologías persiguen tres necesidades principales:
Mejores aplicaciones, conducentes a una mejor calidad,
Un proceso de desarrollo controlado, y
Un proceso normalizado en una organización, no dependiente del personal.
Una de las metodologías más completas y documentadas para el desarrollo de Software Educativo, es la propuesta por Gálvis [2]. Posteriormente, con la aparición del paradigma Orientado a Objetos, Gómez, Gálvis y Mariño [3] realizaron una adaptación a la misma, no obstante, ésta última no ha sido documentada lo suficiente como para ser utilizada en forma homogénea por cualquier equipo de desarrollo.
2. Una Metodología para el Desarrollo de Software Educativo
La Metodología de Gálvis ofrece mecanismos de análisis, diseño educativo y de comunicación, prueba piloto y de campo, bastante sólidos, toda vez que se fundamentan en principios educativos, de comunicación y de tecnología educativa de validez comprobada. Sin embargo, desde la perspectiva computacional, esta metodología no contempla en sí los últimos avances en lo referente al modelado orientado a objetos.
Con el propósito de enriquecer la metodología antes citada, Gómez, Galvis y Mariño [3] realizaron una adaptación que se le conoce como ISE-OO (Ingeniería de Software Educativo Orientada a Objetos) en la cual se incluye la orientación a objetos, especialmente en lo referente al diseño computacional. Sin embargo, esta propuesta no se ha publicado en forma extensa, por lo que
no se tiene información detallada que permita aplicarla en forma efectiva. Por otra parte, una forma efectiva de desarrollar software educativo es a través de los micromundos interactivos, los cuales son aplicaciones orientadas a presentar un subconjunto de la realidad concerniente a un conjunto de conceptos que ayudan al estudiante a enfrentar actividades que le permiten el aprendizaje a través del uso interactivo del software. Por esta razón, este trabajo ofrece una guía que permita desarrollar micromundos interactivos utilizando la metodología ISE-OO. Las etapas que se contemplan en la metodología ISE son (ver Figura 1):
Análisis de necesidades
Diseño
o Educativo o De comunicación
o Computacional (basado en OO)
Desarrollo
Prueba Piloto
Prueba de campo
Figura 1: Metodología ISE-OO
3. Guía para la Elaboración de Micromundos Interactivos (MI)
En la guía se establece para cada etapa del desarrollo el objetivo, los actores que intervienen, el proceso a seguir, y los artefactos que se generan. Además se contemplan buenas prácticas en el desarrollo de software como son:
desarrollo iterativo e incremental, administración de requerimientos, modelado visual, verificación de calidad y control de cambios.
3.1. Análisis de necesidades
Esta fase tiene como objetivo determinar el contexto en el cual se va a crear el MI y establecer lo que se pretende aprender a través del mismo, definiendo los requerimientos que deberán tomarse en cuenta para su desarrollo.
Los actores que participan son: el experto en software (desarrollador), expertos en el tema (profesores), expertos en docencia (pedagogo) y alumnos.
El proceso se inicia determinando el problema que da origen a la elaboración del MI. Posteriormente se deben establecer las metas que se pretenden alcanzar a través de la aplicación del MI. Algunas sugerencias para determinar estas metas son: identificar la temática y las características de la población objetivo, consultar los planes de estudio vigentes en donde se pueden encontrar los objetivos de aprendizaje susceptibles a ser apoyados con el MI, identificar los problemas que puedan existir en el proceso de aprendizaje de los temas, indagar sobre programas equivalentes que ofrecen soluciones a través de software educativo y que a través de su uso han presentado mejores resultados, revisar los planes de desarrollo y proyecciones tecnológicas aplicables al área de interés, verificar si se contará, con el equipo de cómputo requerido para la aplicación del MI.
Una vez que se ha determinado el problema se procede a analizar alternativas de solución. Si se considera que un MI es adecuado se procede a realizar el plan de desarrollo.
Como primer paso es necesario conformar un equipo de trabajo que asegure el éxito del proyecto. Se recomienda incluir en este equipo: personal experto en el tema que ayude establecer los temas y la forma más adecuada de tratarlos, expertos en docencia, que ayuden a establecer las formas adecuadas de abordar los temas, diseñadores gráficos, que permitan un diseño de pantallas adecuado, y expertos en software, que se encarguen del diseño computacional y desarrollo del producto. Una vez conformado el equipo, se debe formar un esquema de organización del equipo de trabajo y se deben establecer las tareas a realizar calendarizando a través de un diagrama que permita dar seguimiento y control al proceso. Se sugiere utilizar una gráfica de Gant.
Los artefactos que deben ser obtenidos en esta etapa son los documentos que describe: la necesidad educativa y metas del MI, el equipo de desarrollo y plan de desarrollo.
3.2. Diseño Educativo
El objetivo consiste en resolver lo que hay que enseñar, qué ambientes convienen y qué tipo de situaciones debe resolver el aprendiz para aprender, así como los incentivos refuerzos se van a disponer para motivarlo.
Los actores que participan son: el experto en software (desarrollador), expertos en el tema (profesores), expertos en docencia (pedagogo) y alumnos.
Como primer paso del proceso es necesario redactar el Objetivo Terminal que indica lo que se espera que el aprendiz sea capaz de hacer al finalizar de estudiar con el M.I.
Posteriormente es necesario descomponerlo en las tareas de aprendizaje subyacentes, detallándolas hasta el punto
que se encuentren todas las habilidades, conocimientos y destrezas que es necesario adquirir para lograr el objetivo.
También es importante determinar cuáles son los conocimientos previos requeridos para poder lograr el objetivo terminal. Se deberá establecer el tipo de M.I.
conveniente para cada una de ellas (descriptivos, gráficos, numéricos, sonoros, o bien una combinación de los mismos).
Es importante también dar un bosquejo general de cómo se trabajará con el M.I., se recomienda buscar situaciones interesantes, entretenidas y relevantes para lo que se pretende enseñar, que sirva de marco para la interacción entre el usuario y el M.I. Conviene utilizar situaciones en las que se pueda poner en práctica aquello que se desea aprender, presentándolas de forma que sean motivadoras y despierten la curiosidad del usuario.
Los artefactos que deben ser obtenidos son documentos que describen: el establecimiento de objetivos, especificación de micromundos interactivos y plan de desarrollo actualizado.
3.3. Diseño Comunicacional
Se tiene como objetivo establecer el medio de comunicación entre el usuario y la computadora. En esta fase los actores son: los expertos en diseño gráfico, experto en software (desarrollador) y expertos en docencia (pedagogo).
En esta etapa se define la interfaz humano-computadora definiendo los dispositivos de entrada-salida que se usarán para la manipulación del software y las zonas de comunicación. Es importante que al diseñar la interfaz se considere un diseño amigable, flexible y agradable de usar, consistente (siga un mismo patrón) y que sea altamente interactiva. Todo esto tomando en cuenta las restricciones tecnológicas, las características de la población objetivo y los aspectos de percepción. Se deben considerar el manejo adecuado de dispositivos de entrada- salida, el manejo de cursores y apuntadores, buen distribución de las zonas de comunicación (zona de trabajo, zona de control de flujo de programa, zona de contexto) así como el buen diseño de menús, textos, gráficos, color y sonidos.
Los artefactos que deben ser obtenidos durante esta fase son los documentos que: identifican a los dispositivos de E/S y zonas de comunicación, así como aquellos que describen las pantallas y el plan de desarrollo actualizado.
3.4. Diseño Computacional
Esta fase tiene como objetivo definir la estructura de la aplicación estableciendo una base para su desarrollo. Los
actores que participan son: los expertos en software (desarrolladores, programadores, etc.)
En esta fase del desarrollo se deberá elaborar un diagrama de clases que establezca la estructura del software a desarrollar. Para esto se puede tomar como base el diagrama general propuesto por Gómez, Galvis y Mariño [3], el cual se ilustra en la figura 2.
Figura 2: Diagrama general de clases para MI En dicho diagrama se establecen las clases que generalmente se requieren en todos los micromundos interactivos. Se sugiere eliminar las que no sean pertinentes para la aplicación en curso, agregar las necesarias para cumplir con los requisitos del software y refinar las que se necesite a través de herencia. Se deberán además agregar aquellas clases necesarias para el manejo de la interfaz de usuario, o clases de control que se requieran para el manejo adecuado de la aplicación. Una vez que se tiene el diagrama de clases definitivo se deberán realizar diagramas de objetos que muestren las instancias específicas de cada clase que se utilizarán en el desarrollo del MI. Se sugiere también elaborar diagramas de secuencia que ilustren la secuencia de acciones que se llevan a cabo en cada uno de los escenarios. Así mismo en los casos necesarios se deberán elaborar diagramas de estado que permitan aclarar la serie de eventos y los efectos que éstos tendrán sobre las clases al momento de la ejecución de los MI.
Los artefactos que deben ser obtenidos durante esta fase son los diagramas de clases, especificación de clases, diagrama de objetos, diagrama de secuencia, diagrama de estados y plan de desarrollo actualizado.
3.5. Desarrollo
El objetivo único en esta fase, es el construir el producto de software apegado a las especificaciones de diseño establecidas. Para ello, los actores que participan son:
expertos en software (desarrolladores, programadores, etc.)
Dependiendo del ambiente de desarrollo elegido es necesario construir las clases diseñadas en la etapa anterior e igualmente las interfaces establecidas en la etapa de diseño comunicacional.
Es importante que en todo producto que se desarrolle se incluya la información que permita identificar claramente su función. Se sugiere incluir: identificación de la aplicación: nombre, autor y fecha, descripción general, compilador y librerías requeridas, estructura global del programa y función de cada componente, nombre de los archivos de código fuente, información de los archivos de datos y listado comentado del código. Junto con la aplicación se deberá entregar el manual de usuario que especifique la información suficiente para que el usuario final pueda instalar y utilizar el software. Cada manual de usuario debe ser lo más sencillo, claro y completo posible.
En lo posible conviene incluir las pantallas con los aspectos más destacados. Además puede ser de utilidad acompañar el manual con un DEMO computarizado, el cual explica qué hace y cómo se usa el material.
Al finalizar esta fase se deben de tener como artefactos, la descripción de componentes del sistema, el código fuente (documentado) y manual de usuario.
3.6. Prueba Piloto
El objetivo de la prueba piloto es el de verificar que el producto desarrollado funciona de acuerdo con lo que se planteó en la etapa inicial. Los participantes en esta fase son: Expertos en software (desarrolladores, programadores, etc.).
Se sugiere realizar pruebas de tipo caja negra estudiando el comportamiento del software ante diversas formas de utilización de acuerdo a la especificación del software. Es conveniente elaborar un plan de pruebas que considere todas las posibles opciones de utilización del software y que garantice la efectividad de la prueba. Una vez que se han llevado a cabo las pruebas se debe entregar un reporte al líder de desarrollo para que realice las acciones correctivas pertinentes. Los artefactos que son generados en esta etapa son: el plan de pruebas y reporte de resultados de las pruebas.
3.7. Prueba de Campo
El objetivo de la prueba de campo es el de verificar que el producto desarrollado satisface a los usuarios del mismo. Los participantes (actores) en esta fase son: los usuarios potenciales del software y experto en software Una vez terminado el software es conveniente realizar una prueba con un grupo de usuarios que puedan dar su opinión sobre su utilidad. Del resultado de esta prueba se podrán hacer modificaciones pertinentes para el desarrollo
de una nueva versión del sistema. Es recomendable en esta etapa utilizar algunas métricas, como las propuestas por Abud [4] aplicando una encuesta a los usuarios
Finalmente, en esta etapa se debe de obtener como artefactos: una encuesta de evaluación, el reporte de resultados y un reporte final.
4 Resultados
Para comprobar la efectividad de la guía propuesta, se desarrolló un prototipo que cubre las fases establecidas en la guía [5]. El título del software es “El Espíritu Santo y sus 7 Dones” y está dirigido a niños de entre 6 y 9 años.
1. Análisis de necesidades.
En la primera etapa, se analizaron las características del software a desarrollar, obteniendo la siguiente información:
Tema de atención: El Espíritu Santo y sus 7 Dones.
Objetivo de aprendizaje: Que el usuario comprenda lo que es el Espíritu Santo y sus dones a través de su entorno.
Edad de la población objetivo: De 6 a 9 años. Además se asignaron responsabilidades para cada integrante del equipo de trabajo y se elaboró el plan de desarrollo para esta etapa.
2. Diseño
a. Diseño educativo
Se desarrollo la descripción de los micromundos y se establecieron los objetivos. Se especifico cada micromundo mediante un formato de caso de uso (se menciona flujo normal, subflujos, excepciones, etc.).
Además se describieron otras características que son:
sistema de motivación, de refuerzo, de evaluación, así como de fantasía y curiosidad para cada micromundo. A continuación, se muestra una imagen que describe un micromundo.
Figura 3: Descripción M.I. b. Diseño comunicacional
En esta etapa se elaboraron los bosquejos para cada micromundo. Se diseño la interfaz que se le presenta al usuario final incluyendo la interacción en todas las pantallas y se describió cada una. Al final de ésta etapa, se
actualizo el plan de desarrollo. La siguiente imagen, muestra la descripción de una pantalla para un micromundo:
Figura 4: Descripción de Pantalla de un M.I.
c. Diseño computacional
En esta etapa, se elaboraron los diagramas de clases para construir la aplicación. A continuación se muestra dicho diagrama:
Figura 5: Diagrama Gral. De clases en el M.I.
También se realizaron las especificaciones para cada clase. Se adhieren además otros diagramas como lo son:
diagramas de objetos, diagramas de secuencia y diagramas de estado. Algunos de estos diagramas se muestran en las figuras 6 y 7. Al igual que en las etapas anteriores, en esta etapa también se actualizo el plan de desarrollo.
Figura 6: Diagrama de secuencia al Registrarse un usuario.
Figura 7: Diagrama de estados cuando se registra un jugador a la aplicación.
3. Desarrollo
En esta etapa, se describieron los componentes. Se eligieron compilador y las librerías requeridas, y se implementaron cada una de las clases que se determinaron en la etapa de diseño computacional. En la figura que se presentan a continuación, se observan un formato para esta etapa.
Figura 8: Código fuente de la clase jugador de la aplicación.
4. Pruebas
En esta etapa, se realizaron pruebas de caja negra a la aplicación que se desarrolló. De los resultados se hicieron las correcciones necesarias para obtener la versión final del sistema.
5. Prueba de campo
La aplicación se probó con un grupo de 8 niños de catecismo. Ellos exploraron la aplicación y posteriormente se aplicó una encuesta basada en métricas de software educativo propuestas por Abud [4], de la cual se obtuvo como resultado: que dicho software, tiene un nivel de calidad bueno. En la siguiente gráfica se muestran los resultados.
Figura 9: Resultado de la evaluación del software
Conclusiones
El desarrollo de software educativo de calidad es una necesidad actual que debe ser atendida por los ingenieros de software. En este sentido es necesario contar con metodologías y herramientas apropiadas que guíen en el desarrollo y permitan explotar el potencial tecnológico para apoyar efectivamente el proceso de enseñanza- aprendizaje. En este trabajo se ha presentado una guía que permite aplicar de manera homogénea la metodología ISE- OO en el desarrollo de Micromundos Interactivos.
Es importante resaltar que esta guía incluye una serie de formatos que ayudan a aplicar de forma efectiva el modelado el cual se basa en el lenguaje UML.
Se realizó un prototipo mediante el cual se muestra la aplicación de la guía. Se desarrollaron todos los formatos propuestos en la guía y después de una evaluación de la misma se concluye que ésta es fácil de seguir y ayuda al desarrollador en forma efectiva. Un aspecto posible de mejorar es la parte del diseño computacional, detallando las acciones a seguir para elaborar cada uno de los diagramas UML propuestos.
Agradecimientos
Se agradece a DGEST (Dirección General de Educación Superior Tecnológica) por la Beca de Impulso al Posgrado con clave 042005011, asignada en el Instituto Tecnológico de Orizaba.
Referencias
[1] Piatini, M. Análisis y Diseño detallado de Aplicaciones Informáticas de Gestión. Ed. Rama. 1996
[2] Galvis Panqueva Alvaro., “Ingeniería de Software
Educativo”, Universidad de los Andes, Santafé de Bogotá, Colombia, 1992
[3] Gómez Castro R, A. Galvis Panqueva y O. Mariño Drews., “Ingeniería de Software Educativo con modelaje orientado por objetos: Un medio para desarrollar micromundos interactivos.” [en línea] Disponible en http://www.minerva.uevora.pt/simposio/comunicacoes/ri gomezmarino.html
[4] Abud F. Ma. Antonieta, “MECSE: Conjunto de Métricas para Evaluar Software Educativo”. Revista UPIICSA.
Año XII Vol V. Número 39 Nueva época. IPN. Sep-Dic 2005.
[5] Montalvo M. Ma. Gracia, “Elaboración de una guía para el desarrollo de software educativo a través de micromundos interactivos”, Tesis de Maestría, Instituto Tecnológico de Orizaba. 2006