Mejorando las habilidades de los estudiantes en la modelación de software

Modelar software es una tarea creativa que puede ser complicada. A menudo, quienes intentan modelar un sistema pueden sentirse perdidos, ya sea al no saber cuál es el problema o al buscar la estrategia y Herramientas adecuadas para resolverlo. Los Estudiantes que aprenden a modelar pueden abrumarse con las diferentes notaciones y herramientas. Para enseñarles a modelar de manera efectiva, necesitamos observar de cerca su conocimiento práctico y las dificultades que enfrentan durante el Modelado.

#Objetivo

Queremos examinar lo que los estudiantes saben sobre el modelado y qué acciones toman. También pretendemos conocer los retos que encuentran al usar herramientas específicas para una tarea de modelado.

#Método

Realizamos un estudio donde observamos 16 pares de estudiantes de dos universidades diferentes en dos países mientras resolvían Tareas de modelado durante una hora.

#Resultados

Nuestros hallazgos destacan patrones claros en cómo los estudiantes crean Diagramas de clases y secuencias, que dependen de sus estilos individuales, conocimiento y las herramientas que usan. Notamos que las herramientas influyen en cómo los estudiantes modelan y pueden ayudar a aumentar su confianza y creatividad. A partir de esto, creamos un conjunto de pautas para mejorar la educación en modelado y ayudar a los estudiantes a adquirir habilidades prácticas.

#Conclusiones

La educación en modelado necesita ser estructurada y sistemática. Nuestros hallazgos muestran que existen diversos estilos de modelado, y es importante fomentar la creatividad en los estudiantes mientras aprenden. Elegir la herramienta adecuada es crucial, ya que puede impactar en cómo modelan los estudiantes.

#Introducción al Modelado de Software

El modelado de software puede traer beneficios para mejorar diferentes aspectos de la ingeniería de software y sistemas, incluyendo productividad y ahorro de costos. Sin embargo, el uso general del modelado de software no es muy común. Investigaciones han identificado las razones de esta adopción limitada, como la mala generación de código, la falta de apoyo de herramientas y una capacitación inadecuada. Algunos ingenieros son reacios a modelar porque les parece muy esforzado y poco útil, a menudo debido a sus experiencias educativas.

En la educación, se han realizado muchos esfuerzos para entender cómo enseñar el modelado en universidades. Esto incluye diseños de cursos e informes sobre desafíos o mejores prácticas, especialmente sobre herramientas. Investigaciones pasadas han proporcionado valiosas ideas sobre cómo enseñar eficazmente las prácticas de modelado. Sin embargo, necesita más investigaciones detalladas sobre las perspectivas de los estudiantes en relación a las tareas de modelado, herramientas y la sintaxis y semántica asociadas.

Los informes de experiencia de investigadores que se especializan en modelado de software y sistemas pueden no representar las opiniones de instructores que están menos enfocados en este área. Dado que la mayoría de los estudiantes harán la transición a roles profesionales después de graduarse, entender sus percepciones es crucial, especialmente respecto a los desafíos que enfrentan.

En investigaciones anteriores, se realizaron entrevistas con estudiantes e instructores para explorar la comprensión percibida de los estudiantes sobre el modelado y los desafíos que encuentran. Los hallazgos revelaron que los estudiantes ven ciertas ventajas en el modelado, especialmente en situaciones donde funcionan modelos informales. Sin embargo, muchos estudiantes siguen dudando de la utilidad del modelado en el diseño detallado de sistemas. Expresaron desafíos como seleccionar la notación correcta, decidir qué expresar en sus modelos y aplicar técnicas de modelado en nuevas áreas.

#Nuestro Estudio

Para obtener una comprensión más profunda de las prácticas de modelado de los estudiantes, llevamos a cabo un estudio de observación. Organizamos dos sesiones de modelado donde los estudiantes trabajaron en pares para resolver tareas de modelado. Nuestro objetivo era observar sus acciones e interacciones durante estas tareas e identificar los desafíos que enfrentaban individualmente o como pareja.

El estudio se centró en dos preguntas de investigación principales:

#RQ1: ¿Qué acciones toman los estudiantes en una herramienta de modelado para resolver una tarea?

#RQ2: ¿Qué desafíos enfrentan los estudiantes mientras resuelven tareas de modelado?

#Diseño del Estudio

En nuestro estudio, trabajamos con 32 estudiantes de la Universidad de Reikiavik en Islandia y la Universidad de Málaga en España. Los estudiantes formaron pares y resolvieron tareas utilizando dos herramientas de modelado diferentes: MagicDraw y PlantUML.

Basándonos en nuestras observaciones, quedó claro que los estudiantes a menudo luchaban con la estructura de sus modelos y asegurándose de que fueran completos. Si bien se sentían seguros al crear diagramas de clases, encontraban más desafiantes los diagramas de secuencia. En ambos casos, los estudiantes necesitaban mejorar su comprensión del problema antes de modelar una solución.

También notamos cómo las herramientas influían en los estilos de modelado de los estudiantes y cómo podían aumentar su confianza y creatividad. Finalmente, creamos un conjunto de pautas para apoyar la educación en modelado y ayudar a los estudiantes a desarrollar habilidades prácticas.

#Trabajo Relacionado

#Importancia del Modelado en la Educación

Varios estudios han investigado el modelado en la educación, centrándose en metodologías de enseñanza o presentando informes de cursos de modelado. Algunos estudios han propuesto diseños de cursos que enfatizan el modelado UML o han explorado cómo los estudiantes pueden evaluar la usabilidad de herramientas de ingeniería de lenguajes de software.

Otros investigadores han destacado a quienes guían a los estudiantes desde lenguajes de programación de bajo nivel hasta diseñar sus propios lenguajes de modelado. Estos enfoques ilustran varios métodos de enseñanza de modelado. Sin embargo, todavía falta estudios detallados sobre las experiencias de los estudiantes en modelado o su retroalimentación al crear modelos o resolver problemas de modelado.

#Desafíos en el Modelado de Estudiantes

Múltiples estudios han documentado los desafíos de los estudiantes en el modelado de software. Algunas investigaciones identificaron estrategias distintas que los estudiantes aplican al crear diagramas de clases UML, lo que lleva a diversos enfoques de modelado. Otros estudios encuestaron a estudiantes para descubrir desafíos relacionados con las dificultades de dibujo de diagramas y la complejidad de las herramientas.

#Estudios Observacionales como Método de Investigación

Los estudios observacionales proporcionan una forma valiosa de investigar los procesos de pensamiento y comportamientos de los participantes. Estudios anteriores han examinado cómo los desarrolladores abordan diferentes tareas, arrojando luz sobre las estrategias y dinámicas de comunicación durante la colaboración.

La programación en pareja ha ganado popularidad en el desarrollo de software, con varios estudios discutiendo sus beneficios, como una mejor comprensión del código y mayor creatividad. Adoptamos un enfoque observacional similar para investigar las tareas de modelado de los estudiantes, enfatizando la resolución colaborativa de problemas.

#Configuración del Estudio

#Estudios Piloto

Antes del estudio principal, realizamos dos estudios piloto para refinar nuestro enfoque. En el primer piloto, usamos una herramienta de modelado específica y pedimos a los estudiantes que modelaran un dominio relacionado con un sistema de comida de un centro comercial. Sin embargo, observamos que los estudiantes luchaban principalmente con la herramienta en lugar de la tarea en sí.

En el segundo piloto, elegimos una app de citas como dominio del problema e incluimos dos tareas: crear un diagrama de clases y dos diagramas de secuencia. Este cambio tenía como objetivo envolver más a los estudiantes con un problema relevante. También permitimos a los estudiantes elegir sus propias herramientas de modelado.

#Diseño del Estudio Principal

Para nuestro estudio final, reclutamos voluntarios de dos universidades con estudiantes que participan activamente en cursos de modelado de software. Proporcionamos una descripción clara del problema que incluía requisitos específicos para el sistema. Cada par trabajó en un diagrama de clases y un diagrama de secuencia mientras usaban su herramienta elegida.

Los estudiantes tuvieron tiempo para leer el problema, crear los diagramas y tomar descansos entre tareas. Los datos recopilados incluyeron grabaciones de pantalla de las acciones de modelado, grabaciones de voz de las conversaciones y los diagramas finales producidos por cada par.

#Análisis de Datos

Una vez recopilados los datos, los clasificamos en diferentes secciones: lectura del problema, dibujo del diagrama de clases y dibujo del diagrama de secuencia. Luego categorizamos las acciones de los estudiantes, la comunicación y los desafíos enfrentados en cada sección.

#Acciones Realizadas

En nuestro análisis, nos centramos en acciones específicas que los estudiantes tomaron mientras modelaban. Las acciones incluían agregar, eliminar y editar elementos dentro de sus diagramas. También consideramos las marcas de tiempo para cada acción con el fin de rastrear el proceso de modelado y entender mejor la toma de decisiones de los estudiantes.

#Patrones de Comunicación

Los diálogos entre estudiantes proporcionaron información sobre su proceso colaborativo de resolución de problemas. Notamos los acuerdos, desacuerdos y puntos de toma de decisiones que ocurrieron durante las actividades de modelado.

#Desafíos Enfrentados por los Estudiantes

A lo largo del estudio, identificamos varios desafíos recurrentes que los estudiantes enfrentaron al modelar, que incluían estrategias inconsistentes a través de los diagramas, dificultades para leer e interpretar problemas de modelado y falta de certeza sobre la completitud de sus diagramas.

#Hallazgos

#RQ1: Acciones Tomadas por los Estudiantes

Nuestro análisis reveló diversas acciones de modelado tomadas por los estudiantes mientras trabajaban en sus diagramas. Los estudiantes mostraron diferentes preferencias al crear diagramas de clases, con diversas estrategias para agregar clases y atributos. Algunos estudiantes preferían crear todas las clases primero, mientras que otros agregaban clases una por una antes de establecer relaciones.

Al crear diagramas de secuencia, observamos un mayor enfoque en la modificación y el refinamiento, ya que los estudiantes eliminaban o editaban elementos con frecuencia. Esto indica un enfoque más de prueba y error mientras lidiaban con la comprensión de la secuencia correcta de eventos.

#RQ2: Desafíos Encontrados

Durante el proceso de modelado, se hicieron evidentes varios desafíos. Los estudiantes a menudo usaban diferentes estrategias al abordar diagramas, lo que llevaba a inconsistencias. Además, muchos estudiantes tuvieron problemas para interpretar efectivamente el problema de modelado e identificar los elementos relevantes necesarios para sus diagramas.

Además, los estudiantes expresaron incertidumbre sobre la completitud y corrección de sus modelos, lo que indica una necesidad de mejor orientación en esta área.

#Implicaciones para la Educación

Con base en nuestros hallazgos, vemos varias áreas cruciales para mejorar en la educación de modelado:

#Capacitación en Interpretación de Problemas

Los educadores deben enfatizar la importancia de interpretar el problema de modelado con precisión. Al enseñar a los estudiantes cómo leer y entender los requisitos del problema, podrán desarrollar un sentido más claro de lo que necesita ser representado en sus diagramas.

#Fomentar la Creatividad en el Modelado

Fomentar la creatividad es esencial en el proceso de modelado. Los estudiantes deberían tener oportunidades para expresar sus estilos y enfoques individuales al modelar. La elección de las herramientas de modelado también juega un papel significativo en cómo los estudiantes abordan su trabajo.

#Ofrecer Orientación sobre Completitud y Corrección

Los estudiantes requieren apoyo para evaluar la completitud y corrección de sus modelos. Los educadores deben proporcionar métodos para verificar el trabajo de los estudiantes y estrategias para asegurar que cumplan con los objetivos establecidos en las descripciones de problemas.

#Conclusión

En nuestro estudio, obtuvimos valiosas ideas sobre las acciones e interacciones de los estudiantes mientras resolvían tareas de modelado. Al observar a pares mientras creaban diagramas de clases y secuencias, identificamos diversas preferencias de modelado y los desafíos que enfrentaron. Los resultados destacan la necesidad de orientación en la interpretación de problemas de modelado, fomentar la creatividad y asegurar la corrección en el trabajo de los estudiantes.

Nuestros hallazgos proporcionan una base para estudios adicionales que pueden explorar las preferencias de modelado en mayor detalle y con una variedad más amplia de problemas. En última instancia, mejorar la educación en modelado puede llevar a experiencias de aprendizaje más efectivas y una mejor preparación para futuros roles profesionales en ingeniería de software.