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Implementación de un espacio colaborativo virtual de aprendizaje

Resumen:

En este documento se expone de manera general un aplicativo que surge de la investigación aplicada del grupo de I+D de la Dirección Nacional de Servicios Académicos Virtuales de la Universidad Nacional de Colombia (DNSAV). La herramienta consiste en un sistema de transmisión multimedial web que integra distintos tipos de tecnologías y que proporciona un espacio colaborativo virtual, cuyo propósito es estimular los procesos de enseñanza, aprendizaje y generación de conocimiento en ambientes educativos virtuales.

Introducción

El aprendizaje en línea o e-learning  en los últimos años ha logrado ubicarse en una posición de significativa importancia dentro del marco académico y empresarial mundial, mostrando cada vez con mayor claridad una serie de interesantes posibilidades en el mejoramiento continuo de los procesos heterogéneos de generación y captación de información y conocimiento.

Es el objetivo de la labor de investigación que aquí se expone, apoyar estos procesos de enseñanza y aprendizaje, con el desarrollo de una herramienta computacional que sea a su vez generadora de nuevas herramientas que hagan cada vez más enriquecedora y efectiva esta labor de educar y aprender.

El contenido del documento describe de manera general este proceso investigativo y su respectivo producto desde el momento en que se concibe la idea de investigación hasta el desarrollo del sistema actualmente en producción, describiendo brevemente las características más importantes de cada fase de desarrollo.

Evolución de la investigación

El primer intento por lograr este objetivo, surgió dentro del marco del inicio de la Especialización en Matemática Avanzada en modalidad virtual del Programa Universidad Virtual (actualmente DNSAV) de la Universidad Nacional de Colombia, el cual tenia inscritos estudiantes ubicados en diferentes zonas geográficas del país y se plasmó con el uso de un módulo Chat de texto que venia incluido en un sistema LMS (Learning Management System).  Este módulo Chat brindaba un grado de interacción expositor-auditorio insuficiente, porque resultaba difícil exponer ciertos conceptos mediante el uso exclusivo de  palabras escritas.

Luego de la experimentación con este módulo, aparece la necesidad de transmitir además del texto en tiempo real, imagen y sonido. Surge, después de una labor de exploración y análisis de las tecnologías disponibles para este propósito en el  ámbito académico y comercial, y de encontrar que no eran apropiadas para las expectativas, la idea de desarrollar un software de transmisión de video y sonido que permitiera  a los estudiantes intercambiar este tipo información de manera eficiente y sin importar su ubicación geográfica, por lo que se pensó inmediatamente que dicho software debía ser completamente funcional en la red Internet.

En su primer fase, se desarrolló un software llamado VideoChat en el lenguaje de programación Java usando la tecnología J2EE y el API JMF, y el cual consta de tres componentes: un módulo cliente, un módulo servidor y un módulo de administración,  integrados en una arquitectura multi-capa[1].

Figura 1 Videochat 1.0

Sin embargo, el sistema desarrollado no brindaba al usuario final las facilidades técnicas de instalación y configuración, lo que dificultaba el proceso de transmisión. Se observó el desempeño del aplicativo sobre varios tipos de conexión: MODEM (56Kbps), DSL ( 64 kbps y 128 kbps) y la intranet de la Universidad Nacional de Colombia (10 Mbps), conectándose desde las sedes Bogotá, Medellín, Leticia y Palmira.  Esta fase arrojó una serie de conclusiones importantes, para el posterior desarrollo de un aplicativo que servirán para optimizará el uso de los recursos de red en la transmisión de streaming, algunas de estas fueron:

• Solo se logran transmisiones satisfactorias (alta fluidez y baja latencia en sonido y video) con conexiones de banda ancha, pero no tan satisfactorias con conexiones de Internet conmutado (acceso telefónico).
• Además de la exigencia de ancho de banda considerable para la transmisión de sonido y video, se suma una desventaja que presenta el módulo cliente: su funcionamiento implica la descarga e instalación de dos archivos de gran tamaño (plug-in de Java JVM y el JMF).
• Se debe reducir el proceso de configuración de la aplicación cliente realizada por el usuario usando mecanismos de auto configuración.
• La arquitectura y la modularidad del VideoChat permiten la integración con otros Sistemas.

A partir de este desarrollo, y considerando las conclusiones mencionadas, se inició la construcción de un nuevo sistema que integrara las funcionalidades implementadas con un sistema óptimo de transmisión de streaming. Este nuevo sistema se fundamentó en la tecnología propietario Macromedia Flash, que ofrecía una solución inmediata a las dificultades presentadas por el sistema original,  y la oportunidad de extender notablemente su funcionalidad. 

¿Por qué se la Universidad decide desarrollar su propia herramienta?

Luego de evaluar productos que ya cumplían las necesidades a unos costos elevados, o a un sacrificio de implementación alto, por la complejidad de su plataforma, la oportunidad de realizar un trabajo escalable y adaptable a las necesidades académicas se experimenta con la implementación de una plataforma Flash. Dentro de las características destacables de esta solución se encuentran su capacidad de adaptación a cualquier plataforma de desarrollo y su fácil acceso desde la web.

Figura 2  Arquitectura plataforma Flash[2]

Imagen tomada de: http://www.adobe.com/es/platform/whitepapers/platform_overview.pdf

Implementación de un espacio coloaborativo virtual con Macromedia Flash y Flashcomm

A continuación se describen las características del nuevo sistema.

Perfil funcional

 Figura3 Videochat3

El sistema actual tomó parte de la funcionalidad del sistema original, la mejoró y agregó más funcionalidad. Entre Las características que se conservaron y mejoraron del sistema original fueron:

• El módulo de administración de usuarios y de aulas. Sistema de información construido bajo la  arquitectura J2EE.
• Modulo de autenticación mixta que permite autenticar contra la base de datos de sistema o contra sistemas externos como directorios activos (LDAP, Active Directory).

Figura 4 Autenticación

• Administración de la Palabra. El expositor selecciona que participante del auditorio virtual  y desde el momento puede “tener la palabra”, es decir, puede transmitir su audio y video.

Este sistema, posee además de una mejor y más efectiva interacción del expositor con sus auditorios remotos a través de una transmisión de video y sonido más fluida y menos exigente en ancho de banda, un grupo de características que lograron superar ampliamente las expectativas iniciales fueron:

• Modulo de captura de video streaming, en la que expositor puede grabar el video y audio capturado por una cámara web y un micrófono convencional de PC para formar un repositorio de sus sesiones académicas.
  
• Modulo de Biblioteca donde los participantes del auditorio virtual pueden consultar en cualquier momento las sesiones en video streaming y presentaciones de diapositivas guardadas previamente por el expositor.

Figura 5 Biblioteca

• Módulo presentación de diapositivas. El expositor puede hacer muestra a todos los usuarios conectados apoyándose en el archivo de presentación que editó previamente; avanzando y retrocediendo a través del archivo de presentación.  Los demás usuarios conectados presencian en tiempo real este avance y retroceso.

Figura 6

• Módulo editor de encuestas en línea.  El objetivo de este módulo es que el expositor pueda censar el conocimiento y la percepción de sus auditorios  remotos o de sus participantes. El módulo le permite en línea crear la encuesta, lanzarla y obtener estadísticas de los resultados de la misma de manera gráfica.

Espacio colaborativo.

El sistema proporciona el nivel de construcción colaborativa de conocimiento que brindan las distintas interacciones entre expositores y un auditorio que para el contexto utilizado en la academia seria profesor-estudiante, estudiante-estudiante, a través de los módulos desarrollados en el Videochat3, que  funcionan independientemente recreando el escenario de clase donde los recursos como tablero, tiza, diapositivas, un salón, pupitres, son sobre Internet con recursos como Chat, videochats, presentaciones compartidas, cursores compartidos.

Dada la misión y las características institucionales de la DNSAV, el sistema se ha encuentra distribuido en “salones” ó “aulas” virtuales, una en cada curso virtual, en la que sus integrantes establecen sesiones de forma independiente y concurrente.

Composición

Enseguida se describen los tres componentes más significativos del sistema.

• Macromedia Flash 8: Las aplicaciones producidas con Flash, se almacenan en el disco duro como archivos con extensión fla y swf.  Los archivos .fla, son los archivos fuente de la aplicación, y los archivos swf, son los archivos ejecutables de la misma.  Estos archivos swf pueden ejecutarse directamente haciendo clic sobre ellos, o “incrustándolos” en una página HTML y abriendo esta en un navegador Web.  Esto último es necesario, si se quiere  que la aplicación corra en la web, como es el caso del sistema desarrollado.
  
  
• Macromedia Flash Player (Maquina virtual de Flash). Provee funcionalidad a diferentes niveles.  La esencia del Flash Player, es una pequeña aplicación web que gobierna la interpretación y ejecución de desarrollos hechos en Flash. 
  
  Dentro de las funciones más importantes del Player se cuenta el reconocimiento  automático de dispositivos multimedia (cámara y micrófono) y la interacción con el Navegador web. 
  
  Adicional a las características mencionadas, el trabajo con flash se a diversificado a desarrollos que interactúan con repositorios de datos de todo tipo, (imágenes, videos, animaciones, textos, etc…) servidores de comunicaciones. Es por eso que al ser tan versátil el desarrollo en Flash  la cantidad de componentes a desarrollar para la educación  son infinitos.
  
  
• Flash Media Server   (Flashcomm). Es un servidor de streaming media y un framework de desarrollo de aplicaciones de comunicaciones. Flashcomm permite la conexión entre los Flash Players de múltiples usuarios que se encuentren ubicados en distintos sitios de la geografía.  Puede conectar además aplicaciones cliente .NET, J2EE y otros servidores Flashcomm.
  
  Flashcomm hace uso de RTMP (Real Time Messaging Protocol), protocolo autor de Macromedia diseñado para transmitir streaming media. Este se encripta dentro del protocolo TCP/IP. Dicho protocolo permite que los clientes se conecten a la instancia de la aplicación, mediante una conexión bidireccional y persistente establecida con Flashcomm. 

Dinámica del sistema

El sistema integra el módulo de administración del VideoChat que evolucionó a lo que hoy conocemos como el Sistema de Información Programa Universidad Virtual  (SIPUV), donde se encuentra la información de los usuarios, y los cursos virtuales; con el desarrollo del sistema de colaborativo implementado con Flashcomm, que incluye los componentes de transmisión y varias herramientas colaborativas como Chat, módulo de presentaciones, biblioteca multimedia y encuestas. La interfaz permite autenticar a los usuarios con el SIPUV y dependiendo del perfil del usuario cargar la interfaz correspondiente.

La operación del sistema en el nivel más superior se resume en:

1. El usuario se conecta al servidor Web de aplicaciones.
2. Seguidamente, carga la película swf interfaz e ingresa los datos de identificación.
3. Aquí comienza el proceso de validación, si el SIPUV autoriza al usuario, se     inicia la sesión.  Cuando se inicia la sesión, la película swf  se conecta al servidor Flashcomm para comenzar la transmisión del streaming.

Figura 7 ilustra esta secuencia[3].

Resultados

La utilización del videochat se ha masificado al punto de ser utilizado por la academia para apoyar eventos, sustentaciones de tesis, entrevistas de postgrado y maestrías. Y de acuerdo con los últimos desarrollos de la herramienta se puede ver el siguiente resultado de los últimos tres meses en la figura 8.

Figura 8 Estadísticas de conexiones al videochat por tipo de conexión

El éxito del Videochat se hizo evidente en los testimonios y el amplio y variado uso que le han dado profesores, estudiantes, personal administrativo e incluso empresas de los sectores publico y privado en Colombia y otros países como Alemania, Italia, España, EE.UU., Perú, Cuba, Argentina.

Conclusiones

• El producto de esta investigación, ha dado resultados muy satisfactorios en los procesos de enseñanza-aprendizaje en Ambientes Virtuales de Aprendizaje (AVA).
• El producto de investigación desarrollado es escalable en cuanto al número de usuarios y en cuanto a sus funcionalidades.
• Los resultados de la investigación proponen nuevos desafíos y estimula la creación de nuevas metodologías y estrategias de educación.
• El producto de investigación desarrollado permite el intercambio de información eficaz con docentes, estudiantes y personas del ámbito científico de todo el mundo, por lo que estimula la  producción científica.
• Con herramientas como estas nacen iniciativas dentro de la Maestría de Diseño de Multimedia de la Facultad de Artes, como una línea de investigación sobre telepresencia en la educación.

Glosario

• APPLET: Aplicación de pequeño tamaño que puede ser incluida en documentos HTML, descargada y ejecutada por un navegador de Internet que lo soporte.
• AVA: Ambiente Virtual de Aprendizaje.
• DNSAV: Dirección Nacional de Servicios Académicos Virtuales – Universidad Nacional de Colombia.
• J2EE: Java 2 Enterprise Edition. Plataforma de desarrollo Java para soluciones empresariales multicapa.
• JMF: Java Media Framework. API para el tratamiento de datos multimedia en Java.
• JVM: Java Virtual Machine. Máquina Virtual de Java.
• LMS: Learning Management System. Sistema de Administración de Aprendizaje.
• MEDIA: incluye los tipos de formas de la información: video, sonido, texto.
• PLUG-IN: programa liviano que se instala en el ordenador para permitir a los browsers (navegadores) correr el tipo de aplicaciones para las que fue diseñado.
• STREAMING: Tecnología que permite procesar un flujo continuo de datos con contenido multimedia a través de la red.
• SWF: Shockwave Flash (Formato de animación)prototipo de transmisión de video Web en la  universidad nacional de Colombia sede Bogotá.

Acerca de los autores...

JOSE LUIS TOVAR G.
Ingeniero de Sistemas
Ocupación: Coordinador del Laboratorio de Investigación y Desarrollo – Investigador Grupo de Investigación Univirtual.
Dirección Nacional de Servicios Académicos Virtuales.
Universidad Nacional de Colombia.
Áreas de interés: Ingeniería de Software, TICs, AVA, Modelos de Gestión.
Contacto: jltovarg@unal.edu.co.

FRANCISCO JAVIER GUERRERO AMADOR.
Ingeniero de Sistemas
Ocupación: Coordinador de Multimedia  – Investigador Grupo de Investigación Univirtual.
Dirección Nacional de Servicios Académicos Virtuales
Universidad Nacional de Colombia.
Áreas de interés: Ingeniería de Software, RIAS, Sites Flash,
Contacto: fjguerreroa@unal.edu.co

Referencias:

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