Implementación de un Sistema para la Gestión de Objetos Digitales

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1 Implementación de un Sistema para la Gestión de Objetos Digitales Yosvanys Aponte Báez a, Boris Pérez Hernández b y Reydi Castillo Buergo c a Departamento de Informática, Univerdad Agraria de La Habana b Univerdad Agraria de La Habana c Departamento de Informática, Univerdad Agraria de La Habana Abstract. This research is carried out in order to make available to the univerty community of the Agrarian Univerty of Havana (UNAH) a system for managing digital media can enhance the incorporation of ICT's (Information Technology and Communications) in the teaching-learning process. However, no one can talk today of digital resources without handle terms like reusability and interoperability. For this it is necessary to mention themes such as Learning Object (LO) and Learning Object Repotories (LOR) to reach the convergence of content and systems in digital environments. It has been exposed that resources to be managed ealy must be conceived as OAs, looking to facilitate communication among the resources and the systems and make it eaer for content compotion, reung components and remaining always available and identifiable. To achieve this, the LOR is potioning itself as tools that can store and distribute the LOs, for users and applications that require. Keywords: Repotory, learning objects, systems in digital environment, digital resources. Resumen. Esta investigación se realiza con el objetivo de poner a dispoción de la comunidad univertaria de la Univerdad Agraria de la Habana (UNAH) un stema para la gestión de medios digitales que pueden potenciar la incorporación de las TIC s (Tecnologías de la Información y las Comunicaciones) en el proceso de enseñanzaaprendizaje. Sin embargo, no se puede hablar hoy en día de recursos digitales, n manejar términos como, la reusabilidad e interoperabilidad. Para esto es necesario mencionar temas como Objeto de Aprendizaje (OA) y Repotorios de Objetos de Aprendizaje (ROA) para llegar a la convergencia de contenidos y stemas en entornos digitales. Se ha expuesto que para que los recursos sean fácilmente gestionados se conciban como OAs, buscando facilitar la comunicación entre el recurso y los stemas, así como hacer más sencilla la compoción de contenidos, reutilizando componentes y permaneciendo empre disponibles e identificables. Para llegar a ello, los ROA están pocionándose como las herramientas que pueden almacenar y distribuir los OAs, para los usuarios y las aplicaciones que lo requieran. Palabras claves: Repotorio, Objeto de Aprendizaje, stemas en entornos digitales, recursos digitales. INTRODUCCIÓN El uso apropiado de las tecnologías educativas, entendidas como cualquier tecnología que potencia la experiencia del aprendizaje, provee herramientas que con base en las teorías educativas tradicionales promueven un aprendizaje más efectivo, debido a que se facilita la creación de contenidos y la utilización de nuevos medios didácticos para transmitir el conocimiento [1]. Contenidos flexibles, fácilmente modificables y con recursos multimedia hacen la experiencia del aprendizaje mucho más rica y dinámica. A través del uso de las TIC s, se abren las vías alternas para la interacción entre profesores y alumnos. Con la integración de programas educativos bien estructurados, contenidos digitales y aplicaciones basadas en las TIC s, se crean nuevos entornos de aprendizaje en los que es poble la comunicación, acción e interacción social de los

2 agentes educativos [2]. Estos entornos han dado origen a una opción más en las modalidades de la educación a distancia conocida como e-learning. Un reto para el sector de la informática está endo lo que técnicamente se conoce como interoperabilidad, esto es, entornos o stemas de diferentes desarrolladores, para distintas aplicaciones y contenidos diversos que trabajan juntos en stemas distribuidos de aprendizaje. Referente a los contenidos, como parte de la interoperabilidad se busca que sean portables, reutilizables e intercambiables entre aplicaciones, esto ha dado origen a los llamados OAs éstos son contenidos con un tamaño y características tales que se vuelven fácilmente manejables para los stemas de un entorno e-learning. En la Univerdad Agraria de la Habana hace poco más de cinco años se funda el Laboratorio de Tecnología Educativa (LATED), proyecto cuyos objetivos fundamentales de trabajo están regidos por la investigación y producción de recursos digitales de apoyo a los diferentes procesos de enseñanza y aprendizaje que transcurren en la univerdad, así como la capacitación del personal involucrado en las TIC s. Entre estos recursos digitales se puede destacar la teleclase, Objeto Digital (OD) formado por dos archivos de video que se reproducen multáneamente dando la sensación de interacción profesor-pizarrón-estudiantes. Actualmente existen más de 400 teleclases filmadas en el LATED e impartidas por profesores de La Univerdad Agraria de la Habana y otros centros, pero este laboratorio no posee un stema que potencie la disponibilidad de los recursos digitales que en él se encuentran, esto disminuye el aprovechamiento de estos recursos digitales para el aprendizaje del estudiantado, factor que es de vital importancia para las comunidades univertarias. Es necesario idear estrategias de capacitación, métodos de monitoreo y evaluación del uso de los medios audiovisuales en el proceso de aprendizaje, para que estudiantes, y en especial maestros, no sólo aprendan las tecnologías, no, que desarrollen juicios valorativos para su aprovechamiento en el proceso educativo que viven con sus alumnos, de manera que mejoren su aprendizaje y su formación general integral como ciudadanos [9]. En estudios preliminares realizados, demuestra que la teleclase es uno de los medios más empleados como apoyo al aprendizaje en las Sedes Univertarias Municipales (SUM) [10]. Teniendo en cuenta que en la actualidad existen más de 400 de teleclases producidas en el LATED con el objetivo de apoyar la educación y que las cuales no están endo explotadas de una manera eficiente, se puede afirmar que la implementación de un repotorio de teleclases es una necedad justificada en la UNAH, por lo que la ausencia de un stema de este tipo en la UNAH es lo que ha impulsado la guiente investigación. El presente documento está estructurado de la guiente forma, en la Sección 1 se ofrece una panorámica de las tendencias y tecnologías actuales que permiten contar con la base para la implementación de la propuesta de los autores. En la Sección 2 describe el diseño del negocio de del Laboratorio de Tecnología Educativa y finalmente la Sección 3 describe la solución propuesta por los autores. 1. TENDENCIA Y TECNOLOGÍAS ACTUALES En el mundo existen muchos repotorios de teleclases o audiovisuales, la mayoría de estos están implementados para entornos de alta conectividad de internet y aprovechan toda la tecnología de teledifuón y radiodifuón existente. Como por ejemplo TELDE (Tele Educación para el Desarrollo) en España. El objetivo del este proyecto es el establecimiento de un stema de tele-educación, que será utilizado por las univerdades de la Comunidad Valenciana, para la realización de actuaciones de cooperación al desarrollo. Se plantea así mismo la producción de una serie de cursos piloto [4]. El proyecto consta de un plato de televión, equipado con cámaras de video, stema de edición lineal, y stema de compreón de imagen conectado a la red de datos de las univerdades. La transmión de datos se realiza a través de video comprimido sobre IP. La comunicación entre las univerdades se realiza a través de un canal multicast con ancho de banda reservado que se establece entre los distintos participantes. Dentro de cada univerdad se puede utilizar transmión unicast o multicast, dependiendo de la estructura de la misma, y a elección de ella [5]. Estos tipos de proyectos tienen un costo muy alto, además por el momento se pretende que las teleclases estén dirigidas solamente a docentes de la UNAH. Otro ejemplo es el proyecto de la Univerdad Nacional Autónoma de México (UNAM) conocido como Repotal [6]. Repotal permite a los docentes de dicha entidad univertaria incorporar su material didáctico e investigaciones originales y novedosas, en formato digital, y utiliza los formatos más comunes en la actualidad como PDF, Word, JPEG, MPEG, TIFF, PPT, HTML, entre otros. Este tipo de proyecto se asemeja más a las condiciones de la UNAH, hay varios factores potivos que se podrían señalar como la utilización de un repotorio genérico de ODs que implementa el protocolo OAI (The Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harvesting)

3 [7], al igual que DSPACE [8] y FEDORA[12]. Sería conveniente utilizar repotorios de estos últimos, pues aunque en un principio se tratase de teleclases, en un repotorio de este tipo podría existir cualquier otro recurso educativo digital. En las tablas 1-3 se muestran unas comparativas de Repotorio de Objetos Digitales más competitivos en la actualidad [11], donde se expone las características en cuanto a la infraestructura interna. Es de gran importancia destacar que estas cuatro aplicaciones son las punteras a nivel mundial. Sin embargo se ha elegido FEDORA porque el alcance y sus pobilidades de desarrollo e integración en un entorno de red (debido principalmente a sus APIs abiertas) son mucho mayores, además de ser código libre [13] y de poseer un motor de búsqueda integrado sobre los metadatos preservando los metadatos de los ODs. TABLA 1. Infraestructura interna CONTENTdm DSpace FEDORA WidiD OAI-PMG Z39.50/SRW SI Código Libre APIS abiertas verones Motor de búsqueda Cross- Repotory TABLA 2. Soporte de datos CONTENTdm DSpace FEDORA WidiD Bitstream arbitrarios Objetos complejos arbitrarios SI Tratamiento de verones Metadatos locales Preservación de los metadatos Intérprete de archivos batchs Si Motor de búsqueda sobre los metadatos verones verones Motor de búsqueda integrado sobre todo el texto verones verones TABLA 3. Prestaciones y servicios CONTENTdm DSpace FEDORA WidiD Usuarios con roles y privilegios verones Flujos de trabajo Claficación de objetos Recuperación de bitstream arbitrarios verones verones Recuperación de objetos arbitrarios Interfaz web Contenidos fácil de integrar en tios web verones 1.1 FEDORA

4 FEDORA es el acrónimo de Flexible Extenble Digital Object Repotory Architecture (Arquitectura Flexible y Extenble de Repotorios de Objetos Digitales). Es un software de gestión de contenido que se ejecuta como un servidor web y se ejecuta sobre un servlet para java. Ofrece las herramientas e interfaces para la creación de cualquier tipo de contenido digital (objetos textuales, imágenes, libros electrónicos, objetos multimedia, metadatos y otras entidades). El repotorio FEDORA es un producto de FEDORA COMMONS, una organización cuya mión es proporcionar tecnología para el almacenamiento y acceso de ODs. Como todo producto de FEDORA COMMONS, el repotorio FEDORA es de código abierto, bajo la licencia de Apache [12,17]. FEDORA, ofrece una interfaz web referida al acceso y gestión de sus contenidos digitales y provee una arquitectura que permite integrar el repotorio a cualquier aplicación. Sus características principales son: Es un middleware con arquitectura SOA desarrollado en Java. Todas sus funciones (acceso, creación, modificación y borrado) están expuestas como servicios web. Montado sobre tomcat (por defecto) como servlet. Serializa los ODs en XML con arreglo. Múltiples vistas de los ODs mediante su asociación con métodos definidos en servicios web (SOAP y REST). Pueden gestionar los ODs de forma local o remota. Relaciones entre ODs: Arquitectura basada en RDF [32]. Metadatos sobre relaciones entre ODs basados en RDF. Pobilidad de buscar en el repotorio como un grafo, esto es mediante las relaciones definidas en RELS-EXT (relaciones con otros objetos). Control de acceso utilizando el estándar XACML con diferentes niveles de granularidad: de repotorio, del objeto, de componentes dentro de un objeto (datastreams). Permite incorporar LDAP y Shibboleth como stemas de autenticación. Control y mantenimiento de las diferentes verones de un OD. Auditoría. 1.2 SOLR SOLR es una plataforma de búsquedas basada en Apache LUCENE que se ejecuta sobre un contenedor de servlets como Apache Tomcat [15-17] y que utiliza APIs XML/HTTP y JSON, resaltando resultados, búsqueda facetada, caché, y una interfaz para su administración. SOLR es escalable, permitiendo realizar búsquedas distribuidas y replicación de índices [18]. Es una aplicación web implementada en Java, lo que permite que se puedan pasar los documentos a indexar vía HTTP y consultarlos utilizando peticiones HTTP y GET. Debido a esta interacción a través del protocolo HTTP, este motor de búsqueda pobilita que las aplicaciones que utilicen esta herramienta no estén necesariamente implementadas en Java, es decir, pueden estar en cualquier lenguaje de programación, este aspecto es tomado en cuenta a la hora de su elección [19].

5 FIGURA 1. Arquitectura de SOLR. La arquitectura de SOLR (figura 1) está conformada por tres capas fundamentales: interface de administración (que radica sobre un servidor web), núcleo de SOLR y LUCENE. Hay que destacar en esta arquitectura lo guiente [20]: Producto que es una extenón de LUCENE, usa muchas de sus terminologías. Los índices creados por SOLR son compatibles con el motor de búsqueda de LUCENE. Soporta toda la ntaxis de búsqueda de LUCENE, incluidos los operadores de consulta de internet (+, -, ""). Presenta API para RUBY, PHP, Java, PYTHON, JSON, entre otras. Opciones para el manejo de consultas personalizadas. Pobilidad de búsqueda en varios campos. Capacidad de búsqueda avanzada de texto completo. Búsquedas facetadas y filtrado. Rápida actualización y replicación del índice. Indexa documentos en cualquier formato (PDF, Word, HTML). Manipuladores de respuestas con diferentes formatos de salidas. (XML, JSON, etc.). La búsqueda se puede hacer por múltiples índices. Define los tipos de campo y los campos de los documentos. Presenta componentes de anális de texto, incluyendo la divión de palabras, expreones regulares y filtros de sonidos milares. 2. DESCRIPCIÓN Y DISEÑO DEL MODELO DEL NEGOCIO. El LATED brinda el servicio de filmaciones de teleclases a los docentes de la univerdad y otras instituciones por previo acuerdo, en el contexto de esta investigación el negocio se inicia una vez confeccionada la teleclase digital, esta se almacena en un directorio fìco de algún ordenador del proyecto después de haberle entregado una copia al profesor (autor de dicho audiovisual). Cualquier otro profesor o estudiante puede solicitar una o varias teleclases a un técnico de LATED, una vez realizada dicha solicitud el técnico encargado deberá desplazarse por los diferentes directorios creados con anterioridad y luego de encontrarla la copia en un dispotivo externo de la propiedad del solicitante.

6 FIGURA 2 Diseño del modelo del negocio. Para modelar este negocio se diseñaron varios paquetes que se muestra en la figura 2. El paquete FEDORA Api contiene todas las funcionalidades bácas para la interacción con el Repotorio FEDORA y está implementado de manera genérica o sea se puede utilizar con cualquier repotorio FEDORA. El paquete Web Services permite exponer unas series de servicios web [30-31] para el despliegue y tratamiento de las teleclases como producto final. En el paquete Util están implementadas varias funcionalidades indispensables para el funcionamiento del stema como son el tratamiento de XMLS, clientes SOAP, comprenón de archivos entre otras. El paquete Logs Management es el encargado registrar y notificar todas las operaciones críticas que se lleven a cabo en el stema. Finalmente el paquete SOLR Api permite la comunicación con SOLR ya que contiene funciones específicas para facilitar la interacción con el motor de búsqueda, este paquete se ha implementado con el objetivo de poder utilizarse con cualquier verón de SOLR (1.3+). 3. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS Primeramente las teleclases fueron almacenadas en FEDORA con su modelo de ODs genérico basado en el esquema FOXML. Las teleclases contienen dos datastreams propio de los dos videos que la constituyen, además contienen también metadatos basados en el estándar Dublin Core. Las teleclases indexadas contienen un datastream en formato XML con las marcas en los videos y sus metadatos propios, además de una relación de tipo RDF con la teleclase de la que derivan. Los metadatos de estas teleclases fueron indexados en SOLR después de haber definido un esquema (XML) con los campos requeridos. De cara al usuario se utilizó el gestor de contenidos DRUPAL [24] que permite un fácil manejo de usuarios y roles, autentificando directamente con el directorio activo de la UNAH, permitiendo así altos niveles de seguridad (ej.: que un estudiante no pueda indexar una teleclase). Para la integración de estas tecnologías existe una serie de servicios web y una capa intermedia, todo implementado en PHP [21-23]. Estos servicios web intervienen en los distintos tratamientos que se le dan a la

7 teleclase a la hora de ser demandada por algún usuario (ej. comprimir una teleclase o indexar). La capa intermedia implementada es de notable importancia ya que provee la integración entre todas estas aplicaciones, la misma se encarga de insertar, modificar y eliminar los datos en el repotorio FEDORA (vía SOAP) y en SOLR (vía REST). También tiene la responsabilidad de filtrar y validar datos de entrada y de salida, además de gestionar los registros del stema. El modelo de la figura 3 define la arquitectura fíca del stema por medio de nodos interconectados. Estos nodos son elementos hardware sobre los cuales pueden ejecutarse los elementos software. FIGURA 3 Diagrama de despliegue de la aplicación A través de la interfaz web implementada el cliente puede interactuar con el stema y acceder a todas sus funcionalidades como indexar, buscar, almacenar, descargar una teleclase, entre otras. Para la misma se utilizó el gestor de contenidos DRUPAL como se mencionó anteriormente, creándose controles para un mejor funcionamiento y apariencia del stema. La figura 4 y 5 se muestran capturas de pantalla de la aplicación para la búsqueda mple y avanzada de teleclases.

8 FIGURA 4. Ejemplo de búsqueda mple. FIGURA 5. Ejemplo de búsqueda avanzada.

9 CONCLUSIONES Esta investigación ha presentado la propuesta de un stema a partir de la integración de un conjunto de técnicas como el almacenamiento de los recursos digitales a través de un repotorio (FEDORA) y la indexación de sus metadatos a través de una correcta definición del esquema en SOLR, logrando con esto una recuperación más efectiva de los recursos digitales almacenados en un repotorio de objetos digitales, lo que garantiza y facilita la gestión de las teleclase producidas en el LATED. Es fácil comprender que la manera en que se desarrollaban estos procesos no era la más factible. La inexistencia de un repotorio que tuviera las funcionalidades que se requieren para llevar a cabo este proceso, hicieron necesaria la implementación de dicha aplicación. Con esta propuesta se garantiza el procesamiento automático de creación y recuperación de los contenidos digitales, además de que agrega la pobilidad de que los profesores y estudiantes puedan gestionar de una manera más sencilla sus teleclases. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Los repotorios de Objetos de Aprendizaje como soporte a un entorno e-learning. Disponible en: [Fecha de Consulta: 25 de marzo de 2011] [2] Caracterización Pedagógica de los Entornos Virtuales de Aprendizaje. Teoría de la Educación Vol García, A. & Martín, A. V. (2002). [3] Una concepción teórico-metodológica para la producción de teleclases en formato digital destinada a la nueva univerdad cubana. MSc. Alexis Torres Alonso, 2008 pág 7. [4] Telde información. Disponible en: [5] Telde centro de producción: [6] Repotal, Univerdad Nacional Autónoma de México Disponible en [7] The Open Archives Initiative Protocol for Metadata harvesting. Disponible en: [8] DSPace. Disponible en: [9] Una concepción teórico-metodológica para la producción de teleclases en formato digital destinada a la nueva univerdad cubana. MSc. Alexis Torres Alonso, 2008 pág 7. [10] Una concepción teórico-metodológica para la producción de teleclases en formato digital destinada a la nueva univerdad cubana. MSc. Alexis Torres Alonso, 2008 pág 6. [11] Ralph LeVan (Senior Research Scientist) Disponible en [Fecha de consulta: 1 marzo de 2011] [12] Fedora Development Team, Introductionto Fedora. 2008: Fedora Commons, Inc. [13] La Definición de Software Libre. Disponible en: [Fecha de consulta: 12 de febrero de 2011]. [14] Alarcón Cavero, Pedro Pablo; Yagüe Panadero, Agustín. Técnicas Avanzadas para el Desarrollo de Aplicaciones. Disponible en: de consulta: 20 de marzo de 2011]. [15] Definición de servidor. Disponible en: [Fecha de consulta: 20 de marzo de 2011]. [16] Definición de servidor Web. Disponible en: [17] Definición de Apache. Disponible en: [Fecha de consulta: 26 de Abril de 2010]. [18] Introducción a apache SOLR Disponible en: de consulta: 20 de febrero de 2011]. [19] Aponte, Y., Implementación de un buscador para Repotorios de Objetos de Aprendizaje, in Departamento de Lenguaje y Sistemas Informáticos. 2008, Univerdad de Alicante: Alicante. [20] Sitio oficial de SOLR. 2011Disponible en: [Fecha de consulta: 15 de febrero de 2011]. [21] Definición de PHP Disponible en: [Fecha de consulta: 17 de marzo de 2011]. [22] Álvarez, Rubén, Manual de programación con PHP, Introducción a la programación en PHP. Disponible en: [Fecha de consulta: 4 de febrero de 2011]. [23] Sitio oficial de PHP Disponible en: de consulta: 20 de marzo de 2011]. [24] Que es un CMS. Disponible en: [25] Booch Grady; Jacobson Ivar; Rumbagh James, El Proceso Unificado de Desarrollo de Software

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