Un Repositorio basado en Servicios Web para el Sistema Generador de Ambientes de Aprendizaje AMBAR

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1 Un Repositorio basado en Servicios Web para el Sistema Generador de Ambientes de Aprendizaje AMBAR María Gertrudis López 1, Yosly Hernández 1, Cira Beleño 1, Doris Pernalete 2, Vanessa Miguel 3, Nora Montaño 1 1 Escuela de Computación, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela, Caracas, Venezuela 2 Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda, Decanato de Educación, Departamento de Informática y Tecnología Educativa, Complejo Docente Los Perozo, Coro, Estado. Falcón, Venezuela 3 Instituto de Medicina Experimental Facultad de Medicina, Universidad Central de Venezuela, Caracas, Venezuela Resumen. Este trabajo presenta el diseño y la implementación de la capa de Servicios Web del repositorio del Sistema Generador de AMBientes de Enseñanza-ApRendizaje (AMBAR) como implementación de una Arquitectura Orientada a Servicios (SOA) y tomando en cuenta lo establecido por los estándares sobre servicios web (IMS General Web Services) y sobre Repositorios de Objetos Digitales IMS DRI (IMS Digital Repositories Interoperability). El sistema desarrollado proporciona un espacio para manipular Objetos de Aprendizaje (OA) y elementos asociados a los ambientes de aprendizaje que pueden ser almacenados y recuperados de la base de datos de AMBAR a través del Sistema Manejador de Base de Datos Orientado a Objetos de software libre Database for objects (db4o). Está basado en una arquitectura MVC (Modelo Vista Controlador) para los Servicios Web y se hace uso del patrón DAO (Data Access Object) para el acceso a los datos. Los objetos son descritos a través de una metadata asociada, y su representación y almacenamiento se basa en el estándar SCORM, para asegurar la interoperabilidad con distintos sistemas de administración de aprendizaje. La definición de los Servicios Web para el acceso a la base de datos de AMBAR mejora la interoperabilidad entre las diferentes aplicaciones que constituirán el sistema, ya que así se ofrece una alternativa de software independiente de la plataforma, basada en estándares para la integración de aplicaciones, la automatización de procesos de negocio y la publicación de la información de diversas fuentes. Palabras clave: Objetos de aprendizaje, repositorios de objetos de aprendizaje, IMS DRI, Arquitectura Orientada a Servicios, Servicios Web, SCORM.

2 1 Introducción Un repositorio de objetos para el aprendizaje es un sistema software que almacena recursos educativos y sus metadatos (o solamente estos últimos), y que proporciona algún tipo de interfaz de búsqueda de los mismos, bien para interacción con humanos o con otros sistemas software [1]. La funcionalidad fundamental de un repositorio es la de búsqueda de objetos de aprendizaje, y existen varias posibilidades para su implementación, tales como: Interfaces de búsqueda interactivas, para uso de humanos. Interfaces de consulta que puedan ser utilizadas por agentes software, por ejemplo, mediante Servicios Web. Además de la funcionalidad de búsqueda, otra función importante de los repositorios es la de hacer de intermediario con otros repositorios, lo que se denomina federación de repositorios, lo cual permite que con una sola búsqueda, se busque en muchos repositorios distribuidos, ampliando asì las posibilidades de encontrar OA relevantes para él usuario o sistema que hace la búsqueda. Esto último implica crear aplicaciones como un conjunto de componentes distribuidos a través de una red de dispositivos que trabajan de forma conjunta. Por esta razón y para satisfacer la necesidad existente de estandarizar la comunicación entre distintas plataformas y lenguajes de programación surgen los Servicios Web. Estos proporcionan muchos beneficios, ya que mejoran la interoperabilidad entre diferentes aplicaciones, simplifican la conectividad de la lógica de negocio y aportan gran independencia entre la aplicación que utiliza el Servicio Web y el propio servicio [2]. Para el Sistema Generador de Ambientes de Enseñanza-Aprendizaje Constructivistas (AMBAR), hacer uso de los Servicios Web para manipular los recursos disponibles en su repositorio es de gran importancia, por cuanto las diferentes aplicaciones que constituirán y que interactuarán con el sistema podrán hacer uso del repositorio sin preocuparse por los lenguajes de programación utilizados en el desarrollo de sus aplicaciones, su ubicación o las plataformas en que fueron implementadas. Por todo lo mencionado se implementó la capa de Servicios Web del repositorio de AMBAR, para lo cual se utilizó una metodología ágil y los siguientes patrones: patrón de arquitectura de software que separa los datos, la interfaz de usuario, y la lógica de control en tres componentes Modelo, Vista y Controlador (MVC) para la construcción de la aplicación que permite el acceso al respositorio y los Servicios Web. Patrón Objeto de Acceso a Datos (DAO), el cual es un componente de software que suministra una interfaz común entre la aplicación y uno o más dispositivos de almacenamiento de datos para el acceso a los datos. El resultado obtenido es una arquitectura orientada a Servicios y basada en estándares, de bajo acoplamiento entre sus capas, es decir, los Servicios Web desarrollados son independientes los unos de los otros, de la aplicación que los invoca y de los datos que manipulan, lo cual permite independizarlos del Sistema Manejador de Base de datos utilizado, logrando así una mayor escalabilidad al poder hacer uso de diferentes motores de bases de datos.

3 2 Antecedentes Actualmente, en la Escuela de Computación de la Facultad de Ciencias de la Universidad Central de Venezuela se lleva a cabo un proyecto de investigación y desarrollo llamado Sistema Generador de AMBientes de Enseñanza-ApRendizaje Constructivistas basado en Objetos de Aprendizaje (AMBAR). Este sistema tiene como objetivo principal proporcionar una plataforma tecnológica que permita almacenar, generar, utilizar y reutilizar los Objetos de Aprendizaje (OA) y Patrones de Aprendizaje en distintos ambientes instruccionales [3], [4]. Ahora bien, no es posible pensar en OAs si no se les concibe almacenados en repositorios y etiquetados con su respectiva metadata ya que los objetos aislados no tienen ninguna relevancia ni significado real. Es por esto que surge el repositorio de AMBAR, que es considerado uno de sus componentes fundamentales, porque debe ser capaz de almacenar y gestionar de una manera eficiente tanto los OAs, como los ambientes de aprendizaje a definir y utilizar. En [5] se presenta la primera iteración del repositorio de AMBAR, la cual dio como resultado la selección de Database for Objects (Db4o) como Sistema Manejador de Bases de Datos Orientado a Objetos a utilizar en el repositorio de AMBAR, ya que es eficiente para el procesamiento de las consultas, provee los mecanismos apropiados para el manejo de los objetos, provee interoperabilidad y brinda APIs que permiten que la implementación sea más sencilla e intuitiva. A partir de estos resultados se decidió adoptar Db4o como SMBDOO para el desarrollo de la siguiente iteración del proyecto. En la iteración realizada en [5], el diseño y la implementación de la BDOO del repositorio AMBAR contó con cuatro clases principales: Framework, Actividad, Metadata y OA_Fundamental que modelan el siguiente comportamiento: un Framework tiene asociada una o más actividades, una actividad puede tener asociada a otra actividad u objetos de Aprendizajes fundamentales los cuales a su vez pueden ser de varios tipos: Audio, Flash, Imagen, Aplicaciones Java, Páginas Web, Presentación PowerPoint, Texto, Video, archivos XML y finalmente, la metadata que contiene información relacionada con los objetos y las actividades almacenadas previamente en la BDOO. En este trabajo se desarrolla la capa de Servicios Web de base de datos de AMBAR implementando todas las clases del modelo conceptual de AMBAR y una aplicación Web como caso de estudio, que permite hacer uso de los Servicios para realizar las pruebas correspondientes. 3 Desarrollo del Repositorio de AMBAR basado en Servicios Web A continuación se presentan los elementos más resaltantes para comprender el trabajo realizado para desarrollar el repositorio de AMBAR basado en una arquitectura orientada a Servicios Web.

4 3.1 Modelo Conceptual El modelo conceptual del repositorio de AMBAR se presenta en la figura 1 y representa todos los tipos de OAs y de elementos necesarios para manipular los diseños y ambientes de aprendizaje sustentados en AMBAR. Figura 1. Diagrama de clases detallado del repositorio de AMBAR Los Ambientes de Aprendizaje están definidos como objetos dentro del repositorio y están contextualizados por la implementación de métodos instruccionales específicos y pueden incorporar otros OAs y varias clases de enlaces. El Ambiente de Aprendizaje provee el contexto o la estructura para el aprendiz, por lo que tiene asociado las competencias que se pretenden desarrollar y los prerequisitos que los aprendices deben cumplir para participar en el ambiente. Los ambientes también se relacionan con sus participantes, que pueden jugar distintos roles en uno o varios Ambientes de Aprendizaje. Un Ambiente de Aprendizaje es equivalente a una Organización de Contenido del estándar SCORM [6] y es un mapa que representa el uso planeado del contenido a través de unidades estructuradas de instrucción o Actividades, (representadas por la clase Actividad). Las actividades incluidas en un Ambiente de Aprendizaje pueden ser de dos tipos: actividades simples y actividades estructuradas. Las actividades estructuradas están formadas por otras actividades que a su vez pueden ser simples o estructuradas. Las actividades atómicas u actividades hoja, es decir, las actividades que no contienen otras actividades (representadas por la clase Actividad Simple) por lo general van a tener un recurso de aprendizaje asociado (un OA Fundamental o un OA de

5 Información Combinada), que es usado para realizar la actividad. También tienen asociadas distintas clases de servicios, como por ejemplo servicios de interacción y comunicación (representados por la clase servicio), los que permiten realizar actividades individuales, colaborativas, presenciales o a distancia. Los OA Fundamentales representan contenido independiente del contexto. Este tipo de objetos puede incluir gráficos, videos, definiciones, explicaciones descontextualizadas o lecturas, casos particulares y definición de problemas, entre otros. Estos OA son equivalentes a los Assets de SCORM que se corresponden con una representación electrónica de medios, tales como texto, imágenes, sonidos objetos de evaluación (assessment objects) o cualquier otra pieza de data que puede ser desplegada y presentado al aprendiz. Los distintos tipos de OA Fundamentales que se pueden manipular en el repositorio de AMBAR son: audio, imagen, texto, video, aplicaciones Java, archivos XML, archivos flash, páginas Web y presentaciones Power Point. Se pueden agrupar varios OAs Fundamentales juntos para construir otros y en algunos casos, los OAs Fundamentales pueden ser lanzados como parte de una experiencia de aprendizaje. Un OA Fundamental puede ser descrito con Metadata, al igual que las Actividades y los Ambientes para permitir búsquedas y descubrimientos dentro del repositorio, potenciando así las posibilidades de reuso. Los OAs de Información Combinada pudieran existir en un continuo desde un nivel micro hasta un nivel macro desde contenido con un contexto mínimo añadido (por ejemplo, enlaces dentro de un caso de estudio a perspectivas y temas, pudiendo incluir metas de aprendizaje) hasta actividades de aprendizaje más completas o estrategias instruccionales como tutoriales, micromundos, simulaciones, etc. Estos objetos también pudieran poblar los Ambientes de Aprendizaje y artefactos de los aprendices o podrían ofrecerse como ayuda o guía. Los OAs de Información combinada son equivalentes a los SCOs (Sharable Content Objetcs) del estándar SCORM. Un OA de Información combinada es una colección de uno o más OAs Fundamentales, colección que representa un recurso de aprendizaje lanzable que utiliza el SCORM RTE para comunicarse con un Learning Management System (LMS). UN OA de Información combinada representa el más bajo nivel de granularidad de un recurso de aprendizaje rastreado y/o mantenido por un LMS usando el SCORM Run-Time Environment Data Model. La única diferencia entre un OA de Información combinada y un OA Fundamental es que el OA de Información combinada se comunica con un LMS usando las interfaces de programación definidas por el estándar SCORM para tal fin Implementación del modelo conceptual y de los servicios web asociados La implementación del repositorio de AMBAR se realizó en tres ciclos de desarrollo a través de los cuales se implementaron los servicios asociados a cada una de las clases del modelo conceptual en su totalidad y se colocaron disponibles a través de Servicios Web utilizando AXIS, una implementación OpenSource de SOAP (("Simple Object Access Protocol")) que proporciona un entorno de ejecución para Servicios Web implementados en Java. Adicionalmente se desarrolló una aplicación para probar los Servicios Web disponibles y para proveer una interfaz de estos servicios al usuario

6 final. Cada ciclo de desarrollo consistió en la aplicación de las fases del Proceso Unificado (Inicio, Elaboración, Construcción, Transición).pero de una manera ágil. A continuación se detallan cada uno de los ciclos de desarrollo realizados Primer ciclo de desarrollo Durante el primer ciclo de desarrollo se definieron los Servicios Web relacionados con los OAs y su metadata asociada en base a lo plasmado en el modelo conceptual de repositorio de AMBAR. En este ciclo se desarrollaron seis Servicios Web, que son: Almacenar OA: consiste en almacenar un OA Fundamental o de Información Combinada en la base de datos describiéndolos a través de la metadata asociada. Buscar OA: consiste en localizar un OA almacenado en la base de datos de dos maneras: por palabra clave definida en la metadata asociada o búsqueda de todos los OA almacenados en la base de datos. Modificar OA: consiste en modificar la descripción del OA a través de la clase metadata asociada al mismo. Eliminar OA: consiste en eliminar un OA de la base de datos de AMBAR, eliminando también todas las asociaciones que pueda tener con otros objetos o instancias de las clases del modelo conceptual. Agregar OA Fundamental: consiste en agregar un OA Fundamental a otro OA Fundamental almacenado Crear OA de Info Combinada: consiste en crear un OA de Información Combinada (SCO de SCORM), agrupando varios OA Fundamentales en un Package Interchange File (PIF) para luego ser almacenado en la base de datos de AMBAR Segundo ciclo de desarrollo Durante el segundo ciclo de desarrollo se definieron los Servicios Web relacionados con las actividades y sus servicios asociados. En este ciclo se desarrollaron nueve Servicios Web, que son: Almacenar Actividad: consiste en almacenar una actividad simple o estructurada en la base de datos describiéndolas a través de la metadata asociada, que se integra de la primera iteración. Buscar Actividad: consiste en localizar una actividad almacenada en la base de datos de dos maneras: por palabra clave definida en la metadata asociada o búsqueda de todas las actividades almacenadas en la base de datos. Modificar Actividad: consiste en modificar la descripción de la actividad a través de la clase metadata asociada. Eliminar Actividad: consiste en eliminar una actividad de la base de datos de AMBAR, eliminando también todas las asociaciones que pueda tener con otros objetos o instancias de las clases del modelo conceptual.

7 Agregar Actividad: consiste en realizar todas las asociaciones que tiene la clase actividad (actividad simple o actividad estructurada) con otras clases. Almacenar Servicio: consiste en almacenar un servicio en la base de datos. Buscar Servicio: consiste en localizar un servicio almacenado en la base de datos de dos maneras: por el nombre o búsqueda de todos los servicios almacenados en la base de datos. Modificar Servicio: consiste en modificar los atributos que describen el servicio. Eliminar Servicio: consiste en eliminar un servicio de la base de datos de AMBAR, eliminando también todas las asociaciones que pueda tener con otra clase existente Tercer ciclo de desarrollo Durante el tercer ciclo de desarrollo se definieron los Servicios Web relacionados con el ambiente de aprendizaje y las clases relacionadas con él como son: Competencia, Prerequisito, Método y Participante, clase que a su vez está relacionada con la clase rol. En este ciclo se desarrollaron veintiocho servicios web, que son: Almacenar Ambiente: consiste en almacenar un ambiente de aprendizaje en la base de datos. Describiéndolo a través de la metadata asociada, que se integra de la segunda iteración. Buscar Ambiente: consiste en localizar un ambiente de aprendizaje almacenado en la base de datos de dos maneras: por palabra clave definida en la metadata asociada o búsqueda de todos los ambientes de aprendizaje almacenados en la base de datos. Modificar Ambiente: consiste en modificar la descripción del ambiente de aprendizaje a través de la clase metadata asociada. Eliminar Ambiente: consiste en eliminar un ambiente de aprendizaje de la base de datos de AMBAR, eliminando también todas las asociaciones que pueda tener con otra clase existente. Agregar Ambiente: consiste en realizar todas las asociaciones que tiene la clase ambiente de aprendizaje con otras clases. Almacenar Participante: consiste en almacenar un participante en la base de datos. Buscar Participante: consiste en localizar un participante almacenado en la base de datos de dos maneras: por atributos nombre, apellido, usuario, organización o búsqueda de todos los participantes almacenados en la base de datos. Modificar Participante: consiste en modificar los atributos de un participante. Eliminar Participante: consiste en eliminar un participante de la base de datos de AMBAR, eliminando también todas las asociaciones que pueda tener con otra clase existente.

8 Almacenar Rol: consiste en almacenar un rol en la base de datos. Buscar Rol: consiste en localizar un rol almacenado en la base de datos búsqueda de todos los roles almacenados en la base de datos. Modificar Rol: consiste en modificar los atributos de un rol. Eliminar Rol: consiste en eliminar un rol de la base de datos de AMBAR, eliminando también todas las asociaciones que pueda tener con otra clase existente. Agregar Rol: consiste en realizar todas las asociaciones que tiene la clase rol con otras clases. Almacenar Método: consiste en almacenar un método en la base de datos. Buscar Método: consiste en localizar un método almacenado en la base de datos de dos maneras: por atributo nombre o búsqueda de todos los métodos almacenados en la base de datos. Modificar Método: consiste en modificar los atributos de un método. Eliminar Método: consiste en eliminar un método de la base de datos de AMBAR, eliminando también todas las asociaciones que pueda tener con otra clase existente. Almacenar Competencia: consiste en almacenar una competencia en la base de datos. Buscar Competencia: consiste en localizar una competencia almacenada en la base de datos de dos maneras: por atributo nombre o búsqueda de todos las competencia almacenadas en la base de datos. Modificar Competencia: consiste en modificar los atributos de una competencia. Eliminar Competencia: consiste en eliminar una competencia de la base de datos de AMBAR, eliminando también todas las asociaciones que pueda tener con otra clase existente. Agregar Competencia: consiste en realizar todas las asociaciones que tiene la clase competencia con otras clases. Almacenar Prerequisitos: consiste en almacenar los prerequisitos en la base de datos. Buscar Prerequisitos: consiste en localizar los prerequisitos almacenados en la base de datos por búsqueda de todos los prerequisitos almacenados en la base de datos. Modificar Prerequisitos: consiste en modificar los atributos de los prerequisitos. Eliminar Prerequisitos: consiste en eliminar los prerequisitos de la base de datos de AMBAR, eliminando también todas las asociaciones que pueda tener con otra clase existente. Agregar Prerequisitos: consiste en realizar todas las asociaciones que tiene la clase prerequisitos con otras clases.

9 3.3. Tecnologías utilizadas en la implementación Las tecnologías y herramientas utilizadas para el desarrollo del repositorio basado en Servicios Web de AMBAR fueron las siguientes: Java Server Pages (JSP) Java Servlets Lenguaje de programación JavaScript Kit de desarrollo Java (J2ee SDK) Servidor Apache Tomcat Axis: Apache Axis es una implementación OpenSource de SOAP (("Simple Object Access Protocol")) que proporciona un entorno de ejecución para Servicios Web implementados en Java. Sistema Manejador de Base de Datos Orientada a Objetos Database for objects (db4o): se trata de un framework de persistencia que permite guardar objetos Java o.net de forma directa y transparente. No utiliza una base de datos relacional para almacenar los objetos, ya que, aquí los objetos son almacenados en la base de datos tal y como ellos son, proporcionando mayor velocidad de acceso y más rendimiento. StartUML: es una aplicación para generar diagramas de UML. Plataforma Eclipse: es una plataforma de software de Código abierto independiente de una plataforma para desarrollar lo que el proyecto llama "Aplicaciones de Cliente Enriquecido" Dreamweaver: es un editor WYSIWYG de páginas web. 4 Conclusiones y trabajos futuros Mediante el desarrollo de este trabajo se logró implementar la capa de servicios de base de datos del Sistema Generador de Ambientes de Enseñanza-Aprendizaje AMBAR, lo que permite la adaptación del repositorio de AMBAR a lo establecido por el estándar IMS DRI [7].con respecto a los repositorios de objetos digitales y por el estándar IMS General Web Services [8], pudiendo así proveer de una manera estandarizada los servicios de acceso al repositorio tanto para aplicaciones propias del Sistema AMBAR como para aplicaciones externas que hagan búsquedas federadas en repositorios de OAs. La utilización de Servicios Web para interactuar con el repositorio de AMBAR permitirá un desarrollo más fácil, modular e independiente de todas las aplicaciones que conformarán el sistema AMBAR puesto que para ellas será transaparente la forma en como se maneja y accede la base de datos del sistema, ya que lo único que tendrán que hacer es invocar a los Servicios Web disponibles para tal fin. Actualmente se está desarrollando un repositorio de metadata basado en el estándar LOM [9] para AMBAR, sustentado también en una arquitectura orientada a servicios. Esto permitirá proveer la gama completa de Servicios Web asociados a la manipulación de metadata basada en los estándares LOM, IMS DRI y el estándar IMS General Web Services.

10 Agradecimientos Este trabajo fue financiado por el Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico (CDCH) de la UCV mediante el proyecto No. PG en su segunda etapa. Referencias 1. Sicilia, M.A.: Estándares en e-learning. En Buenas Prácticas de E-Learning. UDIMA. ANCED. Capítulo 16. (2007) Disponible en: 2. The ServerSide. Disponible en: 3. Miguel, V., López, M. G., Montaño, N.: Ontología del Dominio del Sistema Generador de Ambientes de Enseñanza-Aprendizaje Constructivistas Basados en Objetos de Aprendizaje (AMBAR). III Simposio Pluridisciplinar sobre Objetos de Aprendizaje y Diseños de Aprendizaje apoyados en las tecnologías Oviedo, España. (2006) 4. López M. G., Miguel V., Montaño N.: Sistema Generador de AMBientes de Enseñanza- ApRendizaje Constructivistas basados en Objetos de Aprendizaje (AMBAR): la interdisciplinareidad en los ambientes de aprendizaje en línea. RED. Revista de Educación a Distancia. Año VIII. Número 19. (2008). Disponible en:http://www.um.es/ead/red/19/gertrudis.pdf 5. Lopez, M. G., Miguel, V., Montaño N.: Prototipo del Repositorio de Objetos de ApRendizaje de un Sistema Generador de AMBientes de Enseñanza-Aprendizaje basados en Objetos de Aprendizaje (AMBAR). III Simposio Pluridisciplinar sobre Objetos de Aprendizaje y Diseños de Aprendizaje apoyados en las tecnologías Oviedo, España. (2006) 6. Advanced Distributed Learning. SCORM IMS Global Learning Consortium. Digital Repositories Specification. (2003). Disponible en: 8. IMS Global Learning Consortium. General Web Services Specification. (2005). Disponible en: 9. IEEE Learning Technology Standards Commitee: Learning Object Metadata.(2005). IEEE Disponible en:

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