Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil en Informática

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1 Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil en Informática Repositorio Web para Preguntas bajo la Especificación IMS-QTI Proyecto para optar al título de Ingeniero Civil en Informática PROFESOR PATROCINANTE: Luis Álvarez González Ingeniero Civil Electricista Magíster en Ingeniería Informática PROFESOR CO-PATROCINANTE Alicia María Campos Hebrero Ingeniero en Informática de Gestión PROFESOR INFORMANTE Mauricio Ruiz-TagleIngeniero Civil en Informática Doctor en Software y Sistemas DANIEL CRISTÓBAL OJEDA SANDOVAL VALDIVIA CHILE 2013

2 Agradecimientos Quiero agradecer en primer lugar a mis padres: Matilde y Nelson, y a mis hermanos: Viviana y Carlos, quienes en todo momento me brindaron su apoyo para poder estudiar y concluir con éxito esta etapa de mi vida. A mi querida Loreto, por ser mi fuente de inspiración y ayudarme muchísimo en las revisiones de esta tesis. También debo agradecer a mis amigos del colegio, a los integrantes de The Karen Alga s, a los dioses del Rock N Roll, a los Clash, a mi bicicleta, a quienes me compraron chocolates, a mis compañeros de universidad con los que tuve la suerte de compartir muy buenos momentos. A toda la gente que desinteresadamente me aconsejó siempre bien, para poder salir adelante. Finalmente debo agradecer también, al movimiento estudiantil del año 2011, del cual aprendí mucho más de lo que se puede adquirir en el aula. Por una Educación Pública, Gratuita y de Calidad!

3 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN Motivación Impactos Objetivos Objetivo General Objetivos Específicos ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL Repositorios DSpace EPrints IMS-QTI Minibix Editor de Interacciones Web bajo el Estándar IMS-QTI Mobile QTI AquRate ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA SOLUCIÓN Especificación de Requisitos Requisitos Funcionales Requisitos No Funcionales Casos de Uso Modelo de Base de Datos Diagramas de Secuencias Maquetas de la Interfaz Gráfica de Usuario Maquetas para el Repositorio Maquetas para la Extensión a Mobile QTI Análisis de Compatibilización de Mobile QTI con el Editor Web QTI IMPLEMENTACIÓN DEL REPOSITORIO WEB QTI Lado Cliente Subir Pregunta Buscar Pregunta Lado Servidor Estructura del Repositorio Consideraciones de Seguridad EXTENSIÓN A MOBILE QTI Lado Cliente Lado Servidor Estructura de Mobile QTI Compatibilización Mobile QTI y Editor Web QTI VALIDACIÓN Metodología Encuestas de Satisfacción y Resultados CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO Conclusiones Trabajo Futuro REFERENCIAS...52 ANEXOS...54 Anexo A. Programa General Taller de Validación...54 Anexo B. Taller de Validación...55 Anexo C. Preguntas Test i

4 INDICE DE TABLAS Tabla Página Tabla 1. Requisitos Funcionales Tabla 2. Requisitos No Funcionales...13 Tabla 3. Estructura de la Base de Datos...16 Tabla 4. Resultados Test AquRate Tabla 5. Resultados Test Repositorio Web Tabla 6. Resultados Test Mobile QTI ii

5 INDICE DE FIGURAS Figura Página Figura 1. Uso de repositorios a nivel mundial. Fuente: OpenDOAR....5 Figura 2. Capas Minibix...8 Figura 3. Menú del Editor Web QTI...9 Figura 4. Menú para profesores Mobile QTI Figura 5. Menú de la pregunta hotspot en AquRate...11 Figura 6. Diagrama casos de uso Repositorio...13 Figura 7. Diagrama casos de uso Mobile QTI Figura 8. Base de datos del Repositorio...15 Figura 9. Diagrama de secuencia subir pregunta Figura 10. Diagrama de secuencia buscar pregunta...18 Figura 11. Mockup página de inicio del repositorio...19 Figura 12. Maqueta formulario de ingreso de la interacción Figura 13. Maqueta de búsqueda en el repositorio Figura 14. Maqueta página de resultados...22 Figura 15. Maqueta para subir interacción en Mobile QTI...23 Figura 16. Maqueta búsqueda en Mobile QTI Figura 17. Maqueta de resultados en Mobile QTI Figura 18. Despliegue incorrecto de la interacción...26 Figura 19. Vista página de inicio Figura 20. Vista página de subida...29 Figura 21. Campos obligatorios en rojo...30 Figura 22. Mensaje sobre el campo Nombre Pregunta...31 Figura 23. Campos relacionados al nivel de educación Figura 24. Vista página de búsqueda Figura 25. Resultados de la búsqueda...33 Figura 26. Mensaje de error desde el servidor Figura 27. Diálogo de descarga...35 Figura 28. Estructura del repositorio...38 Figura 29. Preguntas en el repositorio...39 Figura 30. Cargar pregunta en Mobile QTI Figura 31. Búsqueda en Mobile QTI Figura 32. Estructura Mobile QTI...44 Figura 33. Estructura carpeta repositorio en Mobile QTI...45 Figura 34. Taller de validación en dependencias de la UACh...46 iii

6 Resumen En la actualidad existen herramientas para generar preguntas bajo la especificación IMS-QTI, y otras para desplegarlas. Las herramientas de autor son AquRate y el Editor de Interacciones Web QTI, y la herramienta de despliegue es Mobile QTI. Sin embargo, no existe un mecanismo que permita almacenar, compartir y reutilizar estas preguntas. Es necesaria la implementación de un repositorio web para preguntas bajo la especificación IMS-QTI, en el que se puedan cargar interrogantes elaboradas con las herramientas de autor AquRate o el Editor de Interacciones Web QTI. El repositorio debe ofrecer un mecanismo para compartir las preguntas con una comunidad de docentes o profesionales que deseen utilizarlas. El repositorio estará alojado en el servidor del Grupo de Investigación en Tecnologías de Aprendizaje GITA, dependiente del Instituto de Informática de la Universidad Austral de Chile. En relación a la creación y despliegue de preguntas, se harán compatibles dos herramientas, ya existentes, diseñadas para ser usadas en dispositivos móviles para la construcción y uso de cuestionarios bajo la especificación IMS-QTI: el Editor de Interacciones Web QTI, y Mobile QTI, un mecanismo de presentación de cuestionarios de evaluación, de manera que puedan ser usadas en conjunto para su complementariedad. La metodología para lograr la construcción del repositorio consta de los siguientes pasos: 1. Un estudio de algunos repositorios de código libre o abierto existentes para establecer las funcionalidades del repositorio y la información necesaria para poder subir las preguntas. 2. El análisis del Editor de Interacciones Web y Mobile QTI para definir las tecnologías a utilizar. 3. Definición y desarrollo del Repositorio Web. 4. Validación y test para evaluar la usabilidad. Actualmente existen programas que permiten hacer test a los estudiantes para que éstos los respondan con un dispositivo especializado. Este repositorio almacenará preguntas en formato HTML 5, lo que significa que se podrán visualizar en cualquier dispositivo móvil que soporte esta tecnología. iv

7 Abstract There are currently authoring tools to generate questions based on the IMS-QTI specification, and other to deploy these questions. Authoring tools are AquRate and Web Editor of QTI Interactions, and the deployment tool is Mobile QTI. However, there are not mecanism that allow to share these questions. It is necessary the implementation of a web repository for questions under the IMS-QTI specification, which accepts questions developed with authoring tools like AquRate or Web Editor of QTI Interactions. The repository will provide the academic community a mechanism to share and reuse assessment items developed. This repository will be hosted on a server of Learning Technologies Investigation Group at the Institute of Computing of Austral University of Chile. With regard to the creation and deployment of questions, it will make possible the interoperability of the tools designed to be used in mobile devices for the construction and use of test based on the IMS-QTI specification: Web Editor of QTI Interactions and MobileQTI, an assessment delivery mechanism, so that the interoperabilty between them is improved and offer a more complete framework for assessment authors. The methodology applied in the construction of the aimed repository involved the following steps: 5. A study of similar repositories has been performed in order to identify the functionalities required by users and the information necessary to store and classify the QTI ítems. 6. The analysis and operation of Web Editor and Mobile QTI tools, which will define the technologies to be used in this repository s implementation. 7. Definition and development of the Web repository. 8. Validation and evaluation test for its usability. Currently there are programs that allow students to test they respond by using a specialized device. This repository stores QTI question items that will be presented in HTML 5. This means that assessment tasks created by the teacher will be accessible from any mobile device that support this technology. v

8 1. INTRODUCCIÓN El presente proyecto de titulación, se enmarca en el ámbito de las Tecnologías de Aprendizaje, las cuales se definen como: Tecnologías de Aprendizaje son las tecnologías de la información y las comunicaciones, que pueden ser usadas para apoyar el aprendizaje, la enseñanza y la evaluación [Alt]. Para el desarrollo de tecnologías, y para que los archivos generados por éstas puedan ser intercambiables e interoperables, es decir, que no se hagan dependiente de una sola herramienta, se hace necesario la especificación de algunos estándares. Algunas entidades que se han dedicado a ello son la IEEE, creando en Comité de Estándares para Tecnologías de Aprendizaje (en inglés Learning Technologies Standar Committe 1 ) y el Consorcio para los Aprendizajes IMS GLOBAL 2. Esta última ha especificado 16 estándares, uno de ellos es para preguntas y respuestas, conocido como Question and Testing Interoperability, también conocido como especificación IMS-QTI [IMSa]. En la Universidad Austral de Chile, existe el Grupo de Investigación de Tecnologías de Aprendizaje 3, que como su nombre lo indica, se dedica principalmente al desarrollo de tecnologías de apoyo a la educación. Una de sus áreas es el estudio y desarrollo de herramientas bajo estándares. Algunas de las tesis de titulación que se han desarrollado en este grupo y que guardan relación con la especificación IMS QTI son QUIZ: una funcionalidad para AquRate [Mor08], Blue-QTI: Una Herramienta de Apoyo al Aula basada en AquRate para Teléfonos Móviles con Bluetooth y Java [Nuñ10], Editor Web de Interacciones bajo el Estándar IMS-QTI [Var13] y Mobile QTI [Kra13]. Las últimas dos herramientas están relacionadas, ya que el Editor de Interacciones Web bajo la Especificación IMS-QTI sirve para crear preguntas interactivas, y Mobile QTI ofrece la funcionalidad de desplegar estas preguntas en los dispositivos móviles de los estudiantes, entonces, el repositorio web para preguntas bajo la especificación IMS- QTI, servirá para fortalecer la relación de ambas herramientas, además de ofrecer la posibilidad de reutilizar estas preguntas interactivas, entre otras funcionalidades

9 1.1 Motivación Actualmente se cuenta con dos herramientas desarrolladas como tesis de titulación de dos ingenieros civiles en informática de la Universidad Austral, una de éstas es el Editor Web de Interacciones bajo la Especificación IMS-QTI, y el otro es el Mobile QTI; ambas herramientas están relacionadas, y son potencialmente complementarias, sin embargo, no son compatibles todas las preguntas entre ambas herramientas, por lo que para sacarle provecho al potencial de ambas, se hace necesario compatibilizarlas. Por otro lado, cuando el profesor elabora preguntas para ser utilizadas por estas herramientas, no las comparte en ningún lado con otros profesores, debido a que los test se guardan localmente en su computador o dispositivo móvil; nace entonces la necesidad de crear un repositorio web con test basados en la especificación IMS-QTI, en las que se puedan compartir aquellos test que sean útiles y de los cuales se obtenga una retroalimentación favorable, fruto de la interacción de los estudiantes con los test desplegados en algún dispositivo móvil. Por último, no se ha encontrado un repositorio para preguntas realizadas con la especificación IMS-QTI en idioma español. 1.2 Impactos Es posible que gracias al repositorio web, el Editor Web de preguntas bajo la especificación IMS-QTI y Mobile QTI incrementen su número de usuarios, ya que usadas en conjunto serían una herramienta potente a la hora de hacer preguntas o test; y lograría que los estudiantes respondan interactivamente a las preguntas, mejorando la calidad de la enseñanza y la experiencia en el aula, tanto para los profesores como para los propios estudiantes. El repositorio web para preguntas bajo la especificación IMS-QTI podría convertirse en una poderosa base de datos de preguntas, las cuales apoyarán el proceso de enseñanza en distintas disciplinas; a la vez que permitirá la reutilización de preguntas exitosas, por parte de otros profesores que deseen incorporar las preguntas interactivas, como parte de su estrategia para que los estudiantes aprendan los contenidos que les son enseñados. 2

10 1.3 Objetivos A continuación se mencionan los objetivos del presente proyecto de titulación Objetivo General Construir un repositorio web, que permita la carga y descarga de preguntas basadas en la especificación IMS QTI realizando las mejoras necesarias a las herramientas Editor Web QTI y Mobile QTI Objetivos Específicos Analizar las principales herramientas de interacciones existentes que siguen la especificación IMS-QTI y repositorios de código abierto. Analizar y especificar los requisitos del repositorio web. Diseñar la solución para los requisitos del repositorio web. Implementar un repositorio web que permita almacenar preguntas bajo la especificación IMS-QTI, para posteriormente descargarlas y utilizarlas en herramientas de visualización. Validar el repositorio de preguntas a través de un protocolo técnico y de un taller para medir la conformidad. 3

11 2. ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL Este capítulo abordará las características de las herramientas que fueron analizadas y las que son parte del presente proyecto de titulación. 2.1 Repositorios Para analizar la situación actual de los repositorios, primero se estudiará su definición: Un repositorio, depósito o archivo es un sitio web centralizado donde se almacena y mantiene información digital, habitualmente bases de datos o archivos informáticos. Pueden contener los archivos en su servidor o referenciar desde su web al alojamiento originario. Pueden ser de acceso público, o pueden estar protegidos y necesitar de una autentificación previa. Los depósitos más conocidos son los de carácter académico e institucional y tienen por objetivo organizar, archivar, preservar y difundir la producción intelectual resultante de la actividad investigadora de la entidad [Bib]. Según esta definición de repositorio, se puede hacer una analogía con una biblioteca, en la que se almacenan libros y se clasifican por categorías, ya sea por géneros literarios o por áreas del conocimiento. La diferencia radica en que en el ámbito digital, no sólo hay libros, sino también imágenes, videos, archivos de distinta naturaleza, cuyos creadores son los mismos usuarios, que generan información y que tienen acceso a Internet. Por lo que existen repositorios que manejan distintos tipos de archivos, y otros que son dedicados a un tipo específico de archivos, como es el caso de ésta tesis. En el ámbito académico, existen muchos repositorios, sin embargo se analizarán sólo tres: Dspace, Eprints y Minibix. Los primeros dos son los repositorios más utilizados según OpenDOAR, sitio web dependiente de la University of Nottingham del Reino Unido, que monitorea y hace estadísticas diarias sobre el uso de repositorios de código abierto [Ope13], en la Figura 1 se aprecia un gráfico, el que contiene el porcentaje de los repositorios más usados a nivel mundial; el tercero, es un repositorio para interacciones que cumplen con la especificación IMS-QTI. 4

12 2.1.1 DSpace Figura 1. Uso de repositorios a nivel mundial. Fuente: OpenDOAR 4. DSpace 5 es un sistema de biblioteca digital diseñado para capturar, almacenar, ordenar, conservar y redistribuir la producción intelectual y de investigación de una Universidad en formato digital. Desarrollado conjuntamente por HP Labs y MIT Libraries. DSpace es un repositorio listo para utilizar. Puede ser instalado como un repositorio institucional. La mayoría de los usuarios de DSpace hacen pequeñas modificaciones o simplemente no las hacen a la aplicación. La estructura interna de DSpace, que se basa en el concepto de comunidades y sus colecciones de ítems, consiste en una jerarquía predeterminada que permite organizar el contenido fácilmente. DSpace provee de esquema interno de metadata (basado en DublinCore 6 ) para describir el contenido y permite añadir una estructura de metadata personalizada. Características: Todo tipo de contenidos aceptados. 4 h=&groupby=r.rsoftwarename&orderby=tally%20desc&charttype=pie&width=600&height=300&cap tion=usage%20of%20open%20access%20repository%20software%20-%20worldwide

13 DublinCore metadatos standard Incluye herramientas para importar y exportar. Interfaz web personalizable Cumple con OAI 7. Capacidades de importación/exportación. Búsqueda de texto completo usando Lucene o Google. Base de datos: base de datos PostgreSQL u Oracle. Usa el CNRI Handle System 8 para la creación de identificadores. Entrega varios reportes estadísticos acerca de los contenidos y uso de tu sistema EPrints GNU EPrints 9 es un software gratuito de código abierto desarrollado en la Universidad de Southampton, Inglaterra. Está diseñado para crear un Repositorio Institucional de edición electrónica para la investigación académica, pero puede usarse para otros propósitos. Características: Cualquier tipo de contenido aceptado. Puede usar cualquier esquema de metadatos. Interfaz basado en la web. Importar datos desde otros repositorios Base de datos MySQL. Extensible a través de API usando el lenguaje de programación Perl. Búsqueda de texto completo. RSS y alertas por correo electrónico

14 2.2 IMS-QTI IMS-QTI son las siglas de IMS Question & Test Interoperability Specification, que en español quiere decir Especificación para la Interoperabilidad de Tests y Preguntas, fue concebida por la IMS Learning Consortium 10, se enmarca en el contexto de tecnologías de aprendizaje 11 y es una guía técnica para definir la estructura y los tipos de preguntas que se pueden realizar con el fin de permitir el intercambio de datos, artículos, tests y resultados entre las herramientas de autor, bancos de artículos, herramientas de construcción de pruebas, sistemas de aprendizaje y sistemas de evaluación [IMSb]. A continuación, se analizarán algunas de las herramientas que fueron construidas para dar soporte a preguntas construidas bajo la especificación IMS-QTI: Minibix, Editor de Interacciones Web bajo el estándar IMS-QTI, Mobile QTI y AquRate Minibix Minibix 12 es un repositorio de código abierto, para la gestión de los elementos de test bajo la versión 2 de la especificación IMS-QTI. Su objetivo general es mejorar el e-learning 13 a través de "una infraestructura técnica que apoye la flexibilidad, diversidad y extensibilidad". El proyecto fue liberado con licencias de código abierto, reduciendo así los costos de investigación para que terceros puedan producir herramientas que utilicen la especificación IMS-QTI. El objetivo clave es la integración con herramientas de autor y despliegue, a través de interfaces de servicio, lo que va más allá del alcance de la especificación IMS-QTI. Minibix consta de tres capas, como se puede apreciar en la Figura 2, en la primera capa se encuentra la interfaz de usuario, en la segunda capa se encuentran el núcleo de la aplicación que actúa como banco de ítems, incluyendo herramientas de autenticación y de autorización, y en la última capa se encuentran empaquetadas clases Java, que representan paquetes de contenido IMS con los métodos para dar soporte al almacenamiento y recuperación de la información [Lay08]

15 Figura 2. Capas Minibix Editor de Interacciones Web bajo el Estándar IMS-QTI El Editor de Interacciones Web bajo el Estándar IMS-QTI (en adelante Editor Web QTI ), permite la creación de preguntas que satisfacen la especificación IMS-QTI. Puede ser visualizado y utilizado a través de dispositivos móviles. Posee un menú principal (como se puede ver en la Figura 3), en el que es posible escoger un tipo de pregunta, la cual, al ser seleccionada despliega una serie de instrucciones y campos que deben ser completados. Una vez realizada esta acción, es posible generar una vista previa de la pregunta. Finalmente, si se está de acuerdo con la interacción construida, es posible generar un archivo que contiene ésta pregunta, y luego descargarla. Luego, la misma, es empaquetada en un archivo con extensión.zip. 14 Las preguntas que se pueden hacer con esta herramienta son: Entrada de texto: El estudiante debe completar un texto con la palabra o concepto que falta

16 Entrada de párrafo o frase: El estudiante debe responder con un párrafo la pregunta hecha por el profesor. Selección en un rango: El estudiante selecciona un valor correcto mediante una barra deslizadora, la que en sus extremos posee el valor máximo y mínimo posible. Selección de respuesta correcta: En este tipo de pregunta, el estudiante deberá seleccionar una de las varias alternativas provistas por la interacción. Selección de las respuestas correctas: Es similar al tipo de pregunta anterior, sólo que ahora hay más de una alternativa correcta. Selección de opción correcta: el conjunto de posibles respuestas para la pregunta lo conforma un menú desplegable, inmerso en un párrafo u oración. Selección de opción de texto: el estudiante encontrará las alternativas a través del párrafo u oración. Pueden existir todas las alternativas que se deseen. Figura 3. Menú del Editor Web QTI Mobile QTI Es una herramienta web, que permite la visualización de preguntas que cumplen la especificación IMS-QTI, particularmente, las que son creadas con la herramienta de autor llamada AquRate. Está construida con HTML5, Javacript y PHP. Se instala en un servidor, y se configuran los usuarios, los que pueden ser estudiantes o profesores. El menú de Mobile QTI (ver Figura 4) ofrece las siguientes opciones: 9

17 Cargar Interacción: Permite que el profesor cargue una pregunta a Mobile QTI desde su computador. Crear Test: Permite que el profesor seleccione preguntas previamente cargadas a Mobile QTI, para elaborar un test. El profesor puede seleccionar qué usuarios pueden visualizar dicho test. Carga Test: Permite al estudiante visualizar y responder los test a los que el profesor le ha otorgado acceso. Resultados: Muestra los resultados de cada test que ha sido elaborado por los profesores, despliega resultados por estudiante y por grupo curso. Lista Usuarios: Despliega los usuarios que se encuentran registrados en Mobile QTI. Administración: Muestra opciones de administración, tales como eliminar test o preguntas, y eliminar usuario. Figura 4. Menú para profesores Mobile QTI AquRate Es una herramienta de escritorio que permite elaborar preguntas bajo la especificación IMS-QTI. Fue desarrollado en la Universidad de Kingston, está en idioma 10

18 Inglés, funciona de manera similar al Editor Web QTI, y las preguntas que genera son guardadas con una extensión.xml. Las preguntas que soporta esta herramienta son las siguientes: Choice: En este tipo de pregunta, el estudiante deberá seleccionar una de las varias alternativas provistas por la interacción. Order: El estudiante debe ordenar los conceptos según un determinado criterio. Associate: El estudiante debe asociar los conceptos. Inline choice: El estudiante debe completar un texto con la palabra o concepto que falta. Text entry: El estudiante debe completar un texto con una frase. Hotspot: El estudiante debe responder seleccionando un punto de entre varios posibles sobre una imagen. Graphic order: El estudiante debe ordenar los puntos sobre una imagen. Slider: El estudiante selecciona un valor correcto mediante una barra deslizadora, la que en sus extremos posee el valor máximo y mínimo posible. En la Figura 5 se puede apreciar el menú de AquRate. Figura 5. Menú de la pregunta hotspot en AquRate. 11

19 3. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA SOLUCIÓN 3.1 Especificación de Requisitos En este apartado se detallan los principales requisitos del presente proyecto de titulación. Estos requisitos son clasificados en funcionales y en no funcionales Requisitos Funcionales Los requisitos funcionales son aquellos que definen el comportamiento del sistema en cuanto a los procedimientos que debe realizar y que se ven reflejados en líneas de código a la hora de implementar la solución. En la Tabla 1 se detallan los requerimientos funcionales del repositorio [Syn08]. Tabla 1. Requisitos Funcionales. Identificador RF-01 RF-02 RF-03 RF-04 RF-05 RF-06 RF-07 Descripción Se debe permitir el ingreso de archivos con extensión.zip o.xml. Se debe validar los archivos cargados con respecto a la estructura xml de los archivos que lee la herramienta de visualización Mobile QTI. Al momento de subir una pregunta al repositorio, se debe pedir como mínimo: datos de autor, nivel de educación, asignatura, materia y conceptos asociados a ésta. Se debe poder buscar preguntas en el repositorio. Se debe poder descargar preguntas desde el repositorio Debe existir la posibilidad de buscar y descargar preguntas a través de Mobile QTI Debe indicar qué preguntas son compatibles con Mobile QTI Requisitos No Funcionales Los requisitos no funcionales son aquellos que son vistos como restricciones de la solución que hay que considerar a la hora de diseñarla. En la Tabla 2 se detallan los requisitos no funcionales del repositorio [Syn08]. 12

20 Tabla 2. Requisitos No Funcionales. Identificador RNF-01 RNF-02 RNF-03 RNF-04 Descripción Debe estar en un sitio web. Debe ofrecer una interfaz amigable al usuario. Debe tener un adecuado manejo de errores. Debe ser integrable con otras aplicaciones existentes. 3.2 Casos de Uso De los requisitos analizados se obtiene un diagrama de casos de uso, como se ilustra en la Figura 6. Figura 6. Diagrama casos de uso Repositorio. 13

21 Adicionalmente, al extender el conjunto de funcionalidades de Mobile QTI, con la búsqueda de preguntas en el repositorio, se han agregado nuevos casos de uso a ésta herramienta, los que son: buscar pregunta en repositorio y la opción de cargar una interacción a través del repositorio. En la Figura 7 se muestra el diagrama de casos de usos resultante. Figura 7. Diagrama casos de uso Mobile QTI. 14

22 3.3 Modelo de Base de Datos La base de datos resultante, considerando los requerimientos, se puede visualizar en la Figura 8. Originalmente el modelamiento dio lugar a una sola tabla, la cual es Pregunta, sin embargo, al normalizar la tabla se obtuvieron dos tablas adicionales, una llama Tag, que posee las palabras claves relacionadas a las preguntas, y la tabla Relacion_tags, que posee como claves foráneas el id de la pregunta y la palabra clave. Esto ocurre porque existe una relación n a m, en la que una pregunta puede tener una o muchas palabras claves, y a su vez, una palabra clave puede estar relacionada con una o muchas preguntas. Un caso especial es lo que ocurre en la tabla Pregunta con el campo nivel_educación junto con curso ya que poseen una dependencia transitiva. Sin embargo, se ubicó en la misma tabla debido a que esa información no es obligatoria a la hora de subir una pregunta al repositorio. Figura 8. Base de datos del Repositorio. En la Tabla 3 se puede apreciar en detalle la estructura de los datos que componen las tablas de la base de datos. En esta se destaca el nombre de las distintas columnas, así como su tipo y una breve descripción de la información que almacenan, entre paréntesis se señalan los campos que son opcionales. 15

23 Tabla 3. Estructura de la Base de Datos. Nombre del Campo Tipo Descripción id int Identificador de la pregunta. nombre varchar Nombre de la pregunta. autor varchar Nombre del autor de la pregunta. institucion varchar Nombre de la institución en la que trabaja el autor (opcional). tipo varchar Tipo de interacción. compatible_mobile varchar Indica si se puede visualizar o no en Mobile QTI. nivel_educacion varchar Indica si es de enseñanza básica, media o superior. materia varchar Indica la materia a la que pertenece la pregunta (opcional). curso varchar Indica para qué curso de la enseñanza fue concebida la interacción (opcional). ruta_descarga varchar Indica la ruta en la que se encuentra el archivo. numero_descargas int Numero de descargas del recurso. tamano int Tamaño del archivo en bytes. fecha_ingreso date Fecha en que se subió el recurso palabra varchar Palabra clave. 3.3 Diagramas de Secuencias Los diagramas de secuencia muestran la interacción que existe entre el usuario y el sistema. En la Figura 9 se muestra el diagrama de secuencia cuando el usuario sube una pregunta al repositorio. Se puede apreciar que los campos se validan en el lado cliente, antes de enviar una petición al servidor. En éste, se hace una nueva validación de los campos, para luego ingresar el archivo a la base de datos y a una carpeta del servidor, 16

24 finalmente, el servidor retorna una respuesta, indicando el éxito o el fracaso de la operación. Figura 9. Diagrama de secuencia subir pregunta. En la Figura 10, se puede apreciar el diagrama de secuencia en el cual el usuario busca una pregunta en el repositorio. Como se puede ver, no hay validación, debido a que los campos no son obligatorios. De esta manera, se envía una petición de búsqueda al servidor, el cual devuelve los resultados. 17

25 Figura 10. Diagrama de secuencia buscar pregunta. 3.4 Maquetas de la Interfaz Gráfica de Usuario En esta sección se muestran los mockups o maquetas de las pantallas con las que interactuará el usuario Maquetas para el Repositorio En la Figura 11 aparece el mockup de la pantalla de inicio del sitio web del repositorio, como se puede apreciar, consta de un saludo de bienvenida, el que presentan los tipos de preguntas que serán validadas por el repositorio. Más abajo aparecen las opciones de subir una pregunta, y la de buscar una. Ambas opciones irán acompañadas de un ícono. 18

26 Figura 11. Mockup página de inicio del repositorio. En la página para subir las preguntas se solicitan datos relacionados al autor, y al contenido de la interacción a través de un formulario. Se debe seleccionar para qué nivel educacional está pensado, junto con el concepto. En caso de que el nivel educacional sea básico o medio, se debe seleccionar (de manera opcional) el grado y la materia, como se puede visualizar en la Figura 12. Adicionalmente, se solicita el ingreso de palabras claves, las que serán útiles cuando se necesite hacer la búsqueda de una interacción. 19

27 Figura 12. Maqueta formulario de ingreso de la interacción. Cuando el usuario desee buscar una interacción, deberá llenar ciertos campos opcionales (Ver Figura 13), que le permitan encontrarla. Esta información guarda relación con el autor de la pregunta, una palabra clave, y por último el tipo de interacción. 20

28 Figura 13. Maqueta de búsqueda en el repositorio. Finalmente, en la página donde se muestran los resultados, aparece una descripción de las preguntas que coinciden con los criterios de búsqueda. Esta descripción incluye el nombre de la pregunta, el nivel de educación, la materia y el curso (si correspondiese), el concepto y la cantidad de descargas, además de un botón que permite esta última acción. Contiene también, un menú en la parte inferior, que permite avanzar en las distintas páginas con resultados, ver Figura

29 Figura 14. Maqueta página de resultados. 22

30 3.4.2 Maquetas para la Extensión a Mobile QTI En Mobile QTI, cuando el usuario desea cargar una interacción, ahora se le ofrecerá la opción de cargarla desde el repositorio, como se ilustra en la Figura 15. Figura 15. Maqueta para subir interacción en Mobile QTI. Si se decide cargar la pregunta desde el repositorio, se desplegará una página de búsqueda (ver Figura 16), en la que se solicita completar cierta información, con la intención de llegar a la pregunta deseada, de manera similar que en el repositorio. Sólo se mostrarán las preguntas que sean compatibles con Mobile QTI. 23

31 Figura 16. Maqueta búsqueda en Mobile QTI. Finalmente, los resultados se despliegan de manera similar a como ocurre en el repositorio, como se puede ver en la Figura

32 Figura 17. Maqueta de resultados en Mobile QTI. 25

33 3.5 Análisis de Compatibilización de Mobile QTI con el Editor Web QTI De todas las preguntas que se pueden generar con el Editor Web QTI, sólo cuatro son compatibles con Mobile QTI: Selección en un rango. Selección de respuesta correcta. Selección de opción correcta. Selección de opción de texto. Estas preguntas se despliegan de manera incorrecta, no aparece el enunciado de la pregunta ni las opciones, como se puede ver en la Figura 18, por lo que se procedió a comparar la estructura XML de las preguntas hechas por AquRate, con la de las preguntas hechas con el Editor Web QTI. Se llegó a la conclusión de que se deben cambiar ciertos tags, en la estructura XML de las preguntas desarrolladas con el Editor Web QTI, de manera tal, que su estructura se parezca a la estructura de las preguntas hechas con AquRate. Figura 18. Despliegue incorrecto de la interacción. 26

34 4. IMPLEMENTACIÓN DEL REPOSITORIO WEB QTI En el presente capítulo, se indican los aspectos más relevantes en el proceso de implementación de la solución obtenida en las etapas previas de Análisis y Diseño, de manera que se documenten las principales funciones y los requerimientos del repositorio, así como también sus limitaciones. Para la implementación del repositorio, se trabajó con HTML 5 15, CSS 16, Javascript 17, Jquery , PHP , servidor Apache , base de datos MySQL y control de versiones con Github 22. Al ser una aplicación sobre Web y funcionar sobre una arquitectura Cliente- Servidor, se pueden clasificar los scripts de acuerdo a su pertenencia, al lado cliente o al lado servidor, de esta manera se conseguirá un mejor entendimiento del repositorio. 4.1 Lado Cliente En el lado cliente se encuentran los scripts correspondientes a las vistas de usuario, todos ellos fueron programados con HTML5, la lógica fue programada con Javascript y Jquery, y el formato visual con CSS. Es común a todos los scripts HTML que en la sección head hagan referencia a archivos externos, en este caso a las hojas de estilos CSS, al archivo con las funciones de Jquery 1.7, y a un archivo con funciones Javascript, que se encargan de llenar con información el header y el footer de cada página. A continuación se muestra el código para hacer referencia a estos archivos: <link rel = "StyleSheet" href="css/estilos.css" type="text/css"> <script type="text/javascript" src="js/jquery min.js"></script> <script type="text/javascript" src="js/functions.js"></script>

35 Adicionalmente, para cargar el header al mostrar la página se debe usar el siguiente código en la etiqueta body: <body onload='getheader()'> La página de inicio lleva por nombre index.html, debido a que el servidor, Apache, al recibir una solicitud web está configurado por defecto para que se acceda a la página que lleve el nombre index.html. Contiene un mensaje de bienvenida, un aviso sobre qué tipo de preguntas son las que serán validadas por el repositorio y las opciones de subir y buscar preguntas. En la Figura 19 se visualiza como quedó esta página Subir Pregunta Figura 19. Vista página de inicio. Cuando el usuario hace click sobre el icono que aparece sobre el texto "Subir Interacción" se direcciona a otra página, llamada subida.html, la que presenta un 28

36 formulario, con diversos campos, que el usuario debe completar para poder subir la pregunta al repositorio, como se puede ver en la Figura 20. Figura 20. Vista página de subida. Los campos que tienen un asterisco (*) al extremo derecho, son los campos obligatorios, debido a que en conjunto entregan la información mínima necesaria para poder subir y clasificar las preguntas, de manera que la búsqueda (como se verá más adelante) sea más efectiva. A nivel de código, los elementos del tipo input que corresponden a los campos obligatorios, deben llevar el atributo required [W3C], de esta manera el campo al ser ignorado se enrojece, como se puede apreciar en la Figura 21. El código de ejemplo sería: <input type= text required> 29

37 Figura 21. Campos obligatorios en rojo. Para que el formulario acepte la subida de archivos, se debe colocar un elemento input que tenga como atributo type='file', además el elemento form debe llevar como atributo enctype='multipart/form-data', de lo contrario, no funcionará la carga de archivos, finalmente, para filtrar el tipo de archivos que pueden ser cargados al repositorio, en este caso.zip o.xml, el elemento input type= file debe llevar el atributo accept='text/xml,application/zip' [W3C]. El código es el siguiente: <form action='php/subirarchivo.php' method='post' enctype='multipart/form-data'> <input type='file' accept='text/xml,application/zip'> Mediante funciones con Jquery se validan los formularios con la información que corresponda, si un campo obligatorio no es llenado, se despliega un mensaje indicando que se debe completar con información dicho campo, como se puede apreciar en la Figura

38 Figura 22. Mensaje sobre el campo Nombre Pregunta. En el caso de los campos correspondientes al nivel de educación, materia y curso, mediante funciones con Jquery, según el nivel de educación, el combobox correspondiente a materia se va completando según las asignaturas, ya sea para enseñanza básica 23 o media 24, de acuerdo a los planes de estudio que señala el MINEDUC [MIN13]. Por otro lado, el combobox del campo curso, se completa con las opciones de 1 a 8 básico, o de 1 a 4 medio, según corresponda, como se puede apreciar en la Figura 23, cuando el nivel educacional es medio, se deshabilitan los campos curso y materia

39 4.1.2 Buscar Pregunta Figura 23. Campos relacionados al nivel de educación. Cuando en la página de inicio se hace click sobre el ícono del texto Buscar Interacción, se carga una página llamada busqueda.html, la cual posee un formulario con tres campos de búsqueda, los que son Autor, Palabras Claves, y Tipo de Interacción, como se observa en la Figura 24, se concluyó que estos campos son los más útiles a la hora de buscar una interacción. Figura 24. Vista página de búsqueda. 32

40 Los campos son opcionales, y si se realiza la búsqueda con los campos en blanco, se desplegarán todas las preguntas existentes en el repositorio. Mediante funciones con Jquery, los resultados de la búsqueda se despliegan en la misma página, sin necesidad de direccionar a otra, los resultados contienen el detalle de cada pregunta, la opción de descargar cada pregunta y un menú de navegación en la parte inferior, como se aprecia en la Figura Lado Servidor Figura 25. Resultados de la búsqueda. En el lado servidor se encuentran todos los scripts escritos en el lenguaje de programación PHP, el script más sencillo es el que se llama conexion.php, el cual conecta a la base de datos MySQL, a través de las funciones predeterminadas mysqli_connect y mysqli_select_db. Este script puede ser importado por todos 33

41 aquellos script PHP que necesiten acceder a la base de datos y realizar cualquier consulta a ésta, para importarlo se debe agregar el siguiente código: include_once "conexion.php";. Cuando se carga una pregunta, el formulario de la página de subida llama al script subirarchivo.php, el que analiza el archivo mediante unas funciones que se encuentran en el script funciones.php, que se encargan de validar la interacción, si la pregunta es exitosamente validada por estas funciones, se ingresa la pregunta a la base de datos, de lo contrario se despliega un mensaje de error que indica qué es lo que está mal, como se puede apreciar en la Figura 26. Figura 26. Mensaje de error desde el servidor. El script busqueda.php contiene el algoritmo de búsqueda y despliegue de los resultados, analiza los diversos casos posibles en los que los campos de búsqueda pudiesen estar vacíos o con información, la respuesta que contiene los resultados es manejada con Jquery en la página búsqueda.html. Cuando se descarga una pregunta, se ejecuta el script descarga.php, el cual verifica que la pregunta en cuestión realmente exista en el repositorio, y si es así, despliega un cuadro de diálogo para iniciar la descarga de la interacción, ya sea en formato.xml o.zip (ver Figura 27). Adicionalmente, actualiza el campo numero_descargas correspondiente a la pregunta descargada en la base de datos. 34

42 Figura 27. Diálogo de descarga. A continuación se muestra que hacen las funciones pertenecientes al script funciones.php: validarxml($pregunta,$tipo,$ruta='noruta') $pregunta: objeto simplexml 25. $tipo: tipo de pregunta. $ruta: ruta de la pregunta en la carpeta temporal (opcional). Maneja las validaciones, llama a su vez a otras funciones, dependiendo el tipo de pregunta. Devuelve un arreglo asociativo respuesta, el cual contiene los siguientes campos: [ válido ] (bool): true si la pregunta es válida, false en caso contrario. [ mobile ] (bool): true si la pregunta es compatible con Mobile QTI, false en caso contrario. [ mensaje ] (string): Mensaje de error dependiendo que esté mal con la pregunta

43 validarnodos($pregunta) $pregunta: objeto simplexml. Valida los nodos de la estructura xml que son generales a todos los tipos de interacción. Devuelve un arreglo asociativo respuesta, el que tiene los siguientes campos: [ válido ](bool): true si es válido, caso contrario false. [ mensaje ](string): mensaje que indica por qué la pregunta no es válida. validartipos($pregunta,$tipo,$ruta='noruta') $pregunta: objeto simplexml. $tipo: tipo de pregunta. $ruta: ruta de la pregunta en la carpeta temporal (opcional). Valida que la estructura xml de la pregunta tenga los nodos necesarios para el tipo de pregunta que se supone es, según la especificación IMS- QTI 2.1. Retorna un arreglo asociativo respuesta, que contiene los siguientes campos: [ válido ] (bool): true si es válido, caso contrario false. [ mensaje ] (string): mensaje que indica por qué la pregunta no es válida. copiararchivo($nombretemporal,$nombre,$nivel,$autor,$tipo) $nombretemporal: nombre temporal del archivo subido al servidor. $nombre: nombre con el que se copiara el archivo. $nivel: nivel de educación de la pregunta. $autor: nombre del autor de la pregunta. $tipo: tipo de interacción. Copia la pregunta a una carpeta del repositorio, la estructura del repositorio se verá más adelante. Retorna un arreglo asociativo respuesta, que contiene los siguientes campos: [ exito ](bool): true en caso de que la copia haya sido exitosa, false en caso contrario. 36

44 [ ruta ](string):indica la ruta del repositorio en donde se encuentra la pregunta. EliminarDir($carpeta) $carpeta: carpeta a eliminar. Elimina la carpeta del repositorio. validarzip($nombretemporal,$tipo) $nombretemporal: nombre temporal del archivo subido al repositorio. $tipo: Tipo de pregunta. Extrae y analiza los archivos contenidos en directorio comprimido, analiza la pregunta xml contenida mediante otras funciones. Devuelve un arreglo asociativo respuesta, que contiene los siguientes campos: [ válido ](bool): true si es válido, caso contrario false. [ mobile ](bool): true si la pregunta es compatible con Mobile QTI, caso contrario false. [ mensaje ](string): mensaje que indica por qué la pregunta no es válida o por qué se produjo un error. copiararchivozip($nombretemporal,$nombre,$nivel,$autor,$tipo) $nombretemporal: nombre temporal del archivo subido al servidor. $nombre: nombre con el que se copiara el archivo. $nivel: nivel de educación de la pregunta. $autor: nombre del autor de la pregunta. $tipo: tipo de interacción. Copia la pregunta tipo.zip a una carpeta del repositorio, la estructura del repositorio se verá más adelante. Retorna un arreglo asociativo respuesta, que contiene los siguientes campos: [ exito ](bool): true en caso de que la copia haya sido exitosa, false en caso contrario. [ ruta ](string):indica la ruta del repositorio en donde se encuentra la pregunta. 37

45 4.3 Estructura del Repositorio En este apartado se explica de qué manera se organizan las carpetas en el repositorio, así como también se indica qué contiene cada una de ellas. En la Figura 28 se pueden visualizar las carpetas de las que consta el repositorio. Figura 28. Estructura del repositorio. A continuación se explica el contenido y finalidad de cada una de las carpetas y archivos del repositorio:.git: es una carpeta que utiliza el sistema de control de versiones git. bd: esta carpeta almacena un script SQL con la estructura mas reciente de la base de datos del repositorio. css: contiene la hoja de estilo CSS del repositorio. imagenes: contiene las imágenes que son utilizadas en el sitio web del repositorio. js: contiene los scripts Javascript y la biblioteca Jquery 1.7. php: contiene todos los scripts PHP del repositorio. preguntas: es la carpeta que contiene las interacciones subidas por los usuarios al repositorio, en esta carpeta se guardan los archivos por autor, 38

46 nivel educacional y por tipo de interacción, como se puede apreciar en la Figura 29..gitignore: archivo usado por el sistema de control de versiones git, contiene información acerca de los archivos y carpetas que no serán versionados. LICENSE y README: son archivos creados por el sistema control de versiones git. 4.4 Consideraciones de Seguridad Figura 29. Preguntas en el repositorio. Este apartado no fue un requisito para el repositorio, sin embargo fue considerado debido a la importancia que significa la presencia de seguridad en las aplicaciones web. Para evitar que programadores con malas intenciones dañen la base de datos, o la dejen corrupta, ya sea mediante inyecciones SQL 26 o utilizando ataques del tipo cross site scripting 27, este repositorio cuenta con validaciones de todos los campos de formulario, tanto para la página de búsqueda como para la página de carga, en el lado servidor (aparte de las validaciones en el lado cliente con Javascript). Para evitar caracteres conflictivos y tags HTML, se usaron las siguientes funciones PHP en todos los campos que son ingresados por los usuarios: mysqli_real_escape_string 28 strip_tags 29. Adicionalmente, se valida la descarga de una pregunta, viendo si existe o no un archivo, de esta manera se manejan los errores que podrían dejar al descubierto y 39

47 las rutas exactas por donde funcionan los scripts y que podrían dejar al repositorio vulnerable a los ataques. Finalmente, los permisos en formato octal 30 de las carpetas cuyo propietario es el usuario root deben tener permiso 753, a excepción de la carpeta que contiene al repositorio (llamada repositorioqti ), de esta manera no se puede ver lo que contienen mediante un explorador web; la carpeta preguntas debe tener permiso y, por último, los scripts PHP, HTML y CSS deben tener permiso EXTENSIÓN A MOBILE QTI En esta sección se explica la acción realizada para que la herramienta de visualización de interacciones, Mobile QTI, tuviese una nueva funcionalidad, la que le permitirá al usuario cargar una pregunta desde el repositorio que fue desarrollado. Al igual que en la implementación del repositorio, se puede hablar de los scripts pertenecientes al lado cliente, y al lado servidor, de esta manera se puede mostrar la información de manera más ordenada. 5.1 Lado Cliente Para lograr la integración con el repositorio, se tuvo que modificar la vista para cargar un archivo (CargarArchivo.php), en la Figura 30 se puede apreciar como quedó esta vista. Figura 30. Cargar pregunta en Mobile QTI Siempre y cuando el propietario sea el servidor apache (www) 40

48 Mobile QTI fue desarrollada con JqueryMobile 32, la vista de búsqueda en el repositorio está hecha en HTML5, con referencia a la hoja de estilos de JqueryMobile, para que no haya problemas al pasar de una página con JqueryMobile a una hecha sin esta librería, es necesario colocar el siguiente atributo en el tag del tipo enlace (<a>): rel="external". El código de ejemplo sería: <a href="repositorio/pasa.php" type="button" rel="external" value="buscar" name="buscar">buscar</a> Sin ese atributo, la página de búsqueda se cargaría de manera incorrecta. La página de búsqueda (busqueda.html) es idéntica a la página del repositorio, sólo que está adaptada para ser visualizada en dispositivos móviles, como se puede apreciar en la Figura 31. Figura 31. Búsqueda en Mobile QTI