Evaluando La Facilidad De Aprendizaje De Frameworks Mvc En El Desarrollo De Aplicaciones Web

Assessing The Ease Of Learning Of Mvc Frameworks In The Development Of Web Applications

1Libardo Pantoja, 2César Pardo

Departamento de Sistemas, Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones, Universidad del Cauca. Popayán, Colombia

1wpantoja@unicauca.edu.co 2cpardo@unicauca.edu.co

Resumen

Uno de los aspectos relevantes al momento de elegir un framework de desarrollo de software es determinar la curva de aprendizaje que requiere. En los proyectos de desarrollo de software, en general, los desarrolladores disponen de poco tiempo para entregar un producto estable y usualmente requieren de frameworks de desarrollo que tengan una curva de aprendizaje baja. Actualmente, existen diversos frameworks para soportar el desarrollo web; sin embargo, elegir el más adecuado puede ser una tarea compleja, debido a que los criterios de selección pueden ser diversos, poco claros e incluso inexistentes. En este sentido, en este artículo se lleva a cabo un análisis de diferentes frameworks de desarrollo MVC Web para determinar cuáles son los más convenientes basados en un criterio de selección, el cual tiene en cuenta el tiempo que requieren durante la curva de aprendizaje.

Palabras Claves: framework, MVC, desarrollo web, curva de aprendizaje.

Abstract

One of the relevant aspects at the time of choosing a software development framework is to determine the learning curve required. in software development projects, in general, developers have little time to deliver a stable product and usually require development frameworks that have a low learning curve. Currently, there are different frameworks to support web development; however, choose the most appropriate can be a complex task, since the selection criteria can be diverse, unclear and even non-existent. in this sense, in this article is carried out an analysis of different frameworks of MVC Web development to determine which are most suitable, based on selection criteria, which takes into account the time required for the learning curve.

Keywords: framework, learning curve, MVC, web application development.

I. Introducción

El desarrollo de aplicaciones de software es una labor que les exige a los equipos de desarrollo diferentes capacidades y conocimientos específicos a nivel de lenguajes de programación, entornos y/o plataformas, modelos de desarrollo, procesos, entre otros. Con relación al proceso, se debe considerar el tiempo y el esfuerzo que demanda tanto la obtención de requisitos, como las actividades relacionadas con el análisis, diseño, implementación y pruebas [1].

Para el caso de las aplicaciones web, el proceso de desarrollo es más complejo porque se deben considerar las características particulares que las diferencian de las aplicaciones de escritorio. Organizándolas en tres dimensiones, es posible nombrar las relacionadas con el producto, uso y desarrollo. Algunas de estas características según [2], son: la naturaleza no lineal del hipertexto. Si no se tienen en cuenta patrones de interacción adecuados, la interfaz web puede desorientar al usuario y generar sobrecarga cognitiva; presentan contenido (por medio de texto, tablas, imágenes y video) que debe permanecer actualizado; la presentación del contenido debe tener un diseño estético, lo cual exige un buen uso de HTML, hojas de estilo en cascada y habilidades desde el front-end; requieren un despliegue multiplataforma; la globalidad y amplia disponibilidad generan requisitos no funcionales de seguridad y desempeño difíciles de tratar y las aplicaciones web se deben adaptar a los cambios continuos de tecnologías y estándares.

Las características mencionadas anteriormente son la razón por la cual diversos conceptos, mé- todos, técnicas y herramientas de las aplicaciones tradicionales han tenido que ser adaptadas a las aplicaciones web, por lo que se habla de un área multidisciplinar llamada: ingeniería Web [2]. Además, toda esta situación conlleva a que desarrollar una aplicación web requiera más trabajo que una aplicación tradicional.

A pesar de la complejidad de las aplicaciones web, estudios empíricos muestran que los tiempos de desarrollo de las mismas son extremadamente cortos; por lo general, no duran más de seis meses y, en promedio, es menor a tres meses [3][4]. Por ello, si se usan procesos iterativos, las iteraciones son igualmente cortas (de días o semanas). Por lo tanto, elegir un framework que facilite el desarrollo de la aplicación web, puede ser un elemento determinante de éxito o fracaso.

Las ventajas de usar un framework a la hora de realizar un proyecto son diversas, entre otras, se disminuye el tiempo de creación de las aplicaciones, facilita el mantenimiento del código y hace uso de patrones. El patrón más utilizado por casi todos los frameworks es el conocido como Modelo Vista Controlador (MVC).

El patrón MVC puede implementarse sin la necesidad de utilizar un framework; no obstante, y a diferencia de aplicarlo de forma manual, el framework obliga al desarrollador a utilizarlo, creando de esta forma un código mucho más robusto [5]. De esta manera, se evita el ―código spaghetti‖, el cual se caracteriza por agregar funcionalidades en capas que no corresponden [6][7][8], lo que incide negativamente sobre el código fuente y el cumplimiento de las características de calidad del producto en relación con la mantenibilidad, especialmente sobre algunas de sus sub-características como: analizabilidad, modificabilidad y testeabilidad [9]. 

Como ya se ha explicado, el uso de frameworks de desarrollo trae grandes beneficios; además, existe un gran número de frameworks que pueden utilizarse. El abanico de opciones es tan grande que en ocasiones es bastante complejo decidir cuál es el más adecuado de acuerdo con el tipo de proyecto o producto que se desea desarrollar. Elegir un framework de desarrollo de software no es una tarea sencilla. Se deben considerar diferentes variables. Entre estas, la más importante, es el lenguaje de programación por utilizar, pues a partir de este, es posible tener en cuenta otras variables como: características del proyecto, conocimientos previos del equipo en el uso de la tecnología, existencia de proyectos que hayan sido desarrollados con el framework por elegir, nivel de madurez del framework, soporte, curva de aprendizaje, tipo de licencia (libre o de pago), entre otras [5].

Entre las variables mencionadas, la curva de aprendizaje resulta una de las más importantes, en especial, porque la gran mayoría de desarrolladores pueden desistir del uso de un framework cuando esta no es lo suficientemente corta para el desarrollo de sus proyectos [5]. La facilidad de aprendizaje de un framework puede incidir positiva o negativamente sobre otras variables relacionadas con el tiempo, esfuerzo y dinero, variables cruciales para la entrega temprana y oportuna de los proyectos. En este sentido, y dada la importancia del nivel de complejidad en el aprendizaje de los frameworks de desarrollo, se presentan en este artículo los resultados obtenidos al llevar a cabo un experimento empírico que permitió evaluar en total 20, teniendo en cuenta el patrón de diseño MVC. La pregunta de investigación que intenta resolver este estudio de caso es: ¿qué frameworks de desarrollo web MVC son los más convenientes teniendo en cuenta la variable del tiempo o curva de aprendizaje como criterio para su selección?.

Además de la presente introducción, este artículo está organizado de la siguiente manera. La sección 2 presenta los trabajos relacionados a través de un análisis del estado del arte; la sección 3 presenta la metodología de investigación utilizada; en la sección 4 se muestra de forma detallada el estudio de caso llevado a cabo para evaluar el tiempo de aprendizaje en diferentes frameworks de desarrollo con relación al patrón de diseño MVC y, finalmente, la sección 5 presenta las conclusiones y trabajos futuros.

II. Trabajos Relacionados

Después de llevar a cabo un análisis detallado del estado del arte, ha sido posible identificar algunos trabajos en los que se comparan diferentes frameworks. La tabla 1 describe de forma resumida algunos de estos:

TABLA I

Principales Características De Trabajos Relacionados

Por otro lado, en la web también se encuentra información acerca del ranking de algunos frameworks de desarrollo Web. Por ejemplo, en www. catswhocode.com es posible observar la clasificación de algunos frameworks por nombre y un resumen de sus principales características. Sin embargo, no se describe la manera como se obtuvo dicha clasificación, razón por la cual, este tipo de información no es muy confiable.

III. Metodología de Investigación

De acuerdo con [16], existen diversos tipos de metodologías de la investigación para la ingeniería de software, tales como: encuestas [17], experimentos controlados, quasi-experimentos, investigación-acción [17] y estudios de caso [18]. Por las características del trabajo realizado, se llevó a cabo un estudio de caso y la aplicación de encuestas, cuyo objetivo principal fue el de determinar qué frameworks son los más convenientes teniendo en cuenta, como criterio para su selección, la variable del tiempo o curva de aprendizaje de los individuos. Por las características de las encuestas, el estudio que se realizó es cuantitativo dado que se pudo obtener la opinión y el nivel de satisfacción de los individuos encuestados por medio de diferentes alternativas.

Teniendo en cuenta los dos enfoques de investigación elegidos, se establecieron, para su aplicación, un conjunto de actividades por seguir:

  • Formulación de la pregunta de investigación.
  • Descripción del estudio de caso.
  • Diseño de la actividad académica.
  • Unidades de análisis.
  • Procedimiento de campo y la recolección de información.
  • Ejecución de la actividad académica.
  • Intervención en el estudio de caso: aplicación de una encuesta.
  • Análisis de los resultados.
  • Plan de validación y limitaciones del estudio de caso.

IV. Estudio de Caso

En esta sección se describe la experiencia obtenida durante el estudio de caso llevado a cabo para evaluar la facilidad de aprendizaje de los frameworks MVC más populares en el mercado.

A. Formulación de la pregunta de investigación

Para formular la pregunta de investigación se hizo una revisión bibliográfica buscando proyectos relacionados con frameworks MVC. Finalmente, después de revisar varios proyectos, y acorde con los objetivos de la asignatura, se decidió plantear la siguiente pregunta:

¿Qué frameworks MVC para desarrollo web existentes son los más convenientes bajo el criterio del tiempo o curva de aprendizaje?

B. Descripción del estudio de caso

La experiencia se llevó a cabo en un curso de Ingeniería Web con 33 estudiantes del programa de Ingeniería de Sistema de VII semestre de la Universidad del Cauca, durante el segundo semestre de 2014.

La asignatura de Ingeniería Web hace parte del plan de estudios del programa de Ingeniería de Sistemas de la Universidad. En ella se estudian conceptos, métodos, técnicas y herramientas para medir el costo efectivo del análisis, diseño, implementación, pruebas, operación y mantenimiento de aplicaciones Web de alta calidad. En este curso, los estudiantes ya cuentan con bases sólidas de construcción de software dado que, como pre-requisito, han cursado cursos de programación, bases de datos, sistemas operativos, estructuras de datos y cursos de ingeniería de software, entre otros.

Teniendo en cuenta las características mencionadas, en el marco de esta asignatura se abrió un espacio investigativo para analizar la facilidad de aprendizaje de varios frameworks de desarrollo MVC.

C. Diseño de la actividad académica

Uno de los objetivos de la asignatura de Ingeniería Web es trabajar un proyecto final en equipos de 4 o 5 personas. Para esto, cada equipo debe elegir un framework MVC para su proyecto. El docente en la primera semana de clase asigna una primera actividad exploratoria, en la cual se tienen en cuenta los siguientes aspectos:

Cada estudiante debe estudiar un Framework MVC y elaborar un tutorial de aprendizaje del mismo (instalación, configuración, algunos aspectos generales), en el que, además, se guíe al usuario, paso a paso, para que construya una sencilla aplicación que implemente un sencillo CRUD (Crear, Leer, Actualizar y Borrar del original en inglés: Create, read, update and Delete) de las siguientes tablas:

  • Empleado: código, nombres, fecha de nacimiento, código del departamento donde labora, salario
  • Departamento: código, nombre del departamento. Los entregables son:
  • Prototipo funcional del CRUD empleados.
  • Tutorial paso a paso de instalación y creación del CRUD. Debe tener portada, introducción, tutorial, conclusiones o lecciones aprendidas y referencias.
  • Breve socialización (10 minutos), en la que se muestre la aplicación y una breve explicación general de la guía.

Para ejecutar esta actividad exploratoria, los estudiantes contaron con 5 semanas, con una disponibilidad de 5 horas semanales. Es la misma actividad para todos, pero cada estudiante trabaja con un framework diferente.

Para elegir el framework, se creó un foro en una plataforma virtual, y cada estudiante eligió el suyo. Los estudiantes exploraron en internet qué frameworks existen, sus características, ventajas, desventajas, y una vez elegido, reportaron su elección en el foro. Un framework ya elegido no puede ser estudiado por otro estudiante Fig. 1.

Fig. 1 Foro para elegir el framework por estudiar

Los frameworks estudiados, con sus versiones, se aprecian en la Tabla 2

TABLA II

Frameworks Mvc Seleccionados

D. Unidades de análisis

Las unidades de análisis en este estudio de caso son los frameworks MVC más populares en el mercado (Tabla 2). Estos fueron evaluados con relación a factores como el esfuerzo de aprendizaje, productividad y tamaño (referente a la cantidad de líneas de código producidas).

E. Procedimiento de campo y la recolección de información

El procedimiento de campo y la recolección de la información en el estudio de caso, se llevó a cabo mediante la aplicación de encuestas.

F. Ejecución de la actividad académica

Una vez elegido el framework, los estudiantes comenzaron el proceso de aprendizaje, valiéndose de la documentación oficial, videos, blogs, foros, etc. De antemano, se les solicitó que llevaran el control de las horas que le dedicarían a esta actividad. Al final, los estudiantes debían entregar el manual solicitado, el prototipo funcional y la socialización de 10 minutos.

G. Intervención en el estudio de caso: aplicación de las encuestas

Para medir el tiempo de aprendizaje de cada framework, se diseñó y aplicó una encuesta a cada estudiante. La encuesta fue el instrumento principal de recolección de información y su finalidad era tomar los datos relacionados con la facilidad de aprendizaje de cada framework.

La encuesta estuvo conformada de varias partes (encuestas):

• Primera parte: datos básicos del estudiante y datos genéricos del framework Fig. 2.

Fig. 2 Encuesta - Datos básicos del estudiante y del framework

• Segunda parte: las preguntas de la 1 hasta la 6, y tiene por finalidad recolectar tiempos, tamaños y logros alcanzados Fig. 3.

Fig. 3 Encuesta - Datos de tiempos, tamaños y logros alcanzados

• Tercera parte: hace una valoración de las características más relevantes del framework en una escala de Excelente, Bueno, Neutro, Regular y Deficiente Fig. 4.

Fig. 4 Encuesta - Evaluando las características del framework

• Cuarta parte: en las preguntas 8 y 9 se evalúa de manera cuantitativa y general el framework, y las preguntas 10 y 11 tienen por finalidad evaluar las habilidades de aprendizaje del estudiante Fig. 5. 

Fig. 5 Encuesta - Habilidades del estudiante

Las encuestas fueron enviadas a cada estudiante y posteriormente recolectadas mediante correo electrónico. 

H. Análisis de resultados

Una vez aplicadas las encuestas, se procesaron los datos, lo cual se llevó a cabo teniendo en cuenta que agrupando varios conjuntos de preguntas se podrían analizar diversos aspectos. A continuación se muestran los resultados obtenidos:

1) Análisis de esfuerzo: las preguntas 1, 2, 12, 13 y 14 dan un indicio del esfuerzo dedicado al aprendizaje del framework, lo cual involucra estudiar la documentación del mismo y realizar una aplicación:

P1: ¿Aproximadamente cuántas horas de estudio le dedicó al framework (instalación, configuración, compilar correctamente los ejemplos básicos)?

P2: ¿Aproximadamente cuántas horas le dedicó a la creación del CRUD de empleados/departamentos?

P11: ¿Cómo considera que es su habilidad para aprender nuevas tecnologías en software (lenguajes de programación, entornos de desarrollo, plataformas)?

P12: ¿Qué nivel de disciplina tiene usted a la hora de aprender nuevas tecnologías en software (lenguajes de programación, entornos de desarrollo, plataformas)?

P13: ¿Cómo es su habilidad para leer documentación en inglés?

Los resultados de estas preguntas se muestran en la Tabla 3.

TABLA III

Evaluación Del Esfuerzo: Horas De Estudio

Según la Tabla 3, los cinco frameworks que tienen menor tiempo de aprendizaje son: Symfony2, Spring, Falcon, JSF y Cake. Sin embargo, se debe considerar las habilidades del estudiante, pues un estudiante con una capacidad muy alta de aprendizaje en tecnologías, puede emplear mucho menos tiempo que otro con una capacidad menor. Las preguntas P11, P12 y P13 permiten detectar dichas habilidades. Por otro lado, se puede apreciar que tapestry y Slim son los que tienen mayor tiempo de aprendizaje.

2) Productividad: la pregunta 6 indaga qué tan productivo es el uso del framework en la implementación de una aplicación web:

De las funcionalidades del CRUD empleado evalúe el porcentaje (%) de logro (0 a 100).

a) Agregar empleados (incluido los combos departamentos y validaciones).

b) Modificar empleados (incluido los combos departamentos y validaciones).

c) Eliminar empleados (incluida la confirmación).

d) Buscar empleados.

e) Paginación.

La Tabla 4 muestra los frameworks ordenados por productividad, así como, las preguntas 11, 12 y 13 muestran las habilidades del estudiante. Se puede apreciar que los frameworks Yii, Web2Py, Asp.NetMVC y Kumbia tuvieron una productividad del 100% (se implementaron todas las funcionalidades requeridas). En segundo lugar, están los frameworks Laravel, Zend, y Cake que permitieron implementar el 92% de las funcionalidades.

TABLA IV

Evaluación De La Productividad

3) Tamaño: la pregunta 7 indaga el tamaño de la aplicación. Se podría suponer que entre menos líneas de código requiere el framework es más fácil de aprender. La Tabla 5 muestra los frameworks ordenados por tamaño.

TABLA V

Evaluación Del Tamaño

Según la Tabla 5, los cinco frameworks con menor tamaño en líneas de código son: Zan, Grails, Kohana, Sails.js, y Slim. Sin embargo, se debe tener en cuenta que no todos los frameworks alcanzaron la misma productividad (% de implementación de todas las funcionalidades). Por lo tanto, tomando únicamente los que alcanzaron el 100 % de la implementación de las funcionalidades, se observa que los mejores serían Kumbia, ASP.NET MVC y Yii, los cuales produjeron un tamaño relativamente igual (entre 92 y 182 líneas de código). Además, se puede apreciar que el framework que mayor número de líneas de código produjo (a pesar que solo implementó el 68 % de las funcionalidades), es Tapestry con 1800.

4) Valoración general: la pregunta 10, Globalmente en una escala entre 1 y 100, ¿cómo evalúa el framework?, es interesante pues permite tener un concepto global de la experiencia entre el estudiante y el framework. La Tabla 6 muestra los frameworks ordenados según este criterio. Se puede apreciar que los mejores frameworks, con una valoración de 100 puntos, son: Yii, Web2Py y Asp.NetMVC. Luego siguen con valores igualmente altos (entre 90 y 95 puntos): JSF, Kumbia, RubyOnRails, Zan, CodeIgniter y Symfony2.

TABLA VI

Evaluación Global

5) Características generales: la pregunta 8 evalúa características generales de los frameworks: facilidad de aprendizaje (APREN), documentación (DOC), instalación (INST), legibilidad del código fuente (LEGI), herramientas de generación de código (HERRAM), ejemplos que vienen en la documentación (EJEM), comunidad de soporte (COMUN), herramientas de depuración (DEBUG), facilidad del uso del patrón MVC. 

Cada criterio se valora en una escala de: Excelente, Bueno, Neutro, Regular y Deficiente. Se ha valorado el conjunto de estas características dando un valor de Excelente=4, Bueno=3, Neutro=2, Regular=1 y Deficiente=0, sacando en una columna la sumatoria respectiva (TOT). En la Tabla 7 se presentan los resultados.

Según los datos de la Tabla 7, los cinco mejores frameworks (sobre 30 puntos) son: Web2Py, Cake, Asp.netMVC, JSF y Symfony2. Sin embargo, con valores cercanos a 30 puntos, están los frameworks: Kumbia,Yii y Kohana.

TABLA VII

Evaluación De Las Características Generales

1. Plan de validación y limitaciones del estudio de caso

Con el objetivo de hacer frente a posibles amenazas y permitir un plan de validación lo mejor posible, se han considerado varios factores: 

• El diseño del estudio de caso y el plan de recolección de los datos fueron comparados con la lista de chequeo para estudios de caso en la ingeniería de software propuesto por [19]. 

• Por lo que respecta a la validez del constructo, se utilizaron múltiples fuentes de evidencia, incluyendo encuestas, la observación del participante y archivos de documentación. La evidencia se obtuvo de las actividades realizadas, por lo que cada uno de los participantes desempeñó las funciones específicas que se les asignó.

• En cuanto a la validez interna, ha sido posible determinar que la aplicación de las encuestas en el estudio de casos ha permitido satisfacer las necesidades identificadas.También se han tenido en cuenta los beneficios reportados por el estudio de caso.

Para la validez externa, el estudio de caso fue apoyado por un asesor. Las observaciones y lecciones aprendidas fueron recogidas con el objetivo de perfeccionar el protocolo y procedimiento de campo, con el fin de ser capaces de realizar una replicación en estudios de casos futuros.

Las limitaciones consideradas en el estudio de caso fueron:

• Dado que la población fue muy pequeña, no es una muestra representativa y de alguna manera afecta el poder generalizar los resultados. Por lo tanto, se hace necesario replicar el estudio de caso en un número de estudios de casos más grande que permita asegurar un análisis adecuado y subsecuentemente llevar a cabo la generalización de los resultados.

• El sesgo en el estudio de caso con relación a la falta de conocimientos en el uso de los frameworks analizados y la realización de las actividades, se pudo ver afectado por la observación y monitoreo continuo. La observación de los participantes puede resultar ventajosa cuando se trata de obtener cierta información que sería imposible de conseguir de otra manera. Sin embargo, el principal problema con esto, es la posibilidad de sesgo producido. 

V. Conclusiones Y Trabajo Futuro

En la actualidad, los proyectos de desarrollo Web tienen ciclos de desarrollo muy cortos; por esta razón, elegir un framework MVC que tenga un tiempo de aprendizaje bajo, es uno de los factores claves para abordar con éxito un proyecto. Elegir un framework MVC con baja curva de aprendizaje no es una tarea tan simple, debido a la cantidad de frameworks disponibles en la Web y a la cantidad de experiencias reportadas de manera informal por programadores que pueden dificultar dicha elección.

A lo largo de este artículo, se ha planteado una experiencia académica para probar distintos frameworks y determinar cuáles son los de menor tiempo de aprendizaje. En dicha experiencia se han reportado varias resultados por medio de tablas en las que se clasifican los mejores, teniendo en cuenta el análisis de esfuerzo, productividad, tamaño y algunas características particulares. Con base en los resultados obtenidos, se hace una contribución a la industria de software facilitando algunos criterios y resultados concretos al momento de elegir un framework de desarrollo.

Por otro lado, se aporta a la comunidad científica una experiencia y metodología detallada práctica para probar frameworks de desarrollo, experiencia que abarca la formulación de la pregunta de investigación, la planificación de la experiencia, seguida de su ejecución, recolección de datos y análisis de los mismos. La experiencia, además, aprovecha el talento humano valioso de los estudiantes y de las aulas de clase, evitando el uso de recursos econó- micos para su ejecución. Por otro lado, se puede concluir y demostrar que las aulas de clase son un buen medio y laboratorio para llevar a cabo experiencias y realizar aportes investigativos y académicos importantes.

A futuro se puede llevar a cabo la misma experiencia con otros grupos de estudiantes, de tal forma, que se puedan contrastar los resultados obtenidos. La finalidad sería tener un listado de los frameworks MVC de desarrollo Web que involucren los más bajos tiempos de aprendizaje. Asimismo, sería conveniente extender la experiencia para probar atributos como la seguridad, el desempeño y la modificabilidad.

Agradecimientos

Este artículo fue elaborado gracias a la valiosa colaboración de los estudiantes del programa de Ingeniería de Sistemas, pertenecientes al curso de Ingeniería de Software 3, 2014-II de la Universidad del Cauca. También se contó con el apoyo y asesoría del PhD. Julio A. Hurtado Alegría. Adicionalmente, los profesores Libardo Pantoja y César Pardo agradecen la contribución de la Universidad del Cauca, donde trabajan como profesor titular y profesor asistente, respectivamente.

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