Desenvolvimento de plataformas de ensino à distância

O sistema de eLearning para estudantes com aplicações Web, iOS e Android

Desafio

O nosso cliente pretendia para desenvolver e implementar uma plataforma de aprendizagem em linha para alunos do ensino básico, médio e superior. O principal desafio era a falta de um sistema estável e fiável para dar aulas em linha.

Nosso cliente procurou a Innowise para terceirizar a engenharia e implementação da plataforma e optou pelo modelo de desenvolvimento de software "chave na mão". De acordo com o objetivo do projeto, a solução deveria tornar-se parte integrante do processo educativo de mais de 200 escolas públicas.

No âmbito do projeto, a nossa equipa deveria:

Criar uma plataforma Web de fluxo contínuo interativo com funções ricas para realizar aulas em linha;
Crie iOS e Android compatíveis com uma vasta gama de dispositivos;
Assegurar o bom funcionamento e a elevada disponibilidade do sistema enquanto é utilizado por milhares de utilizadores ao mesmo tempo;
Fornecer armazenamento seguro de dados do utilizador em servidores locais e proteção contra vulnerabilidades.

Solução

Innowise desenvolveu de raiz uma plataforma educativa em linha. A plataforma oferece a professores e alunos aplicações Web e móveis de fácil utilização, concebidas para aulas em linha.

Para aceder ao sistema, é necessário passar o processo de registo, iniciar sessão e escolher o idioma da interface. Ao registar-se, cada utilizador recebe uma função, que define a disponibilidade de funções e dados específicos da aplicação.
Existem 4 funções de utilizador na plataforma:

Administrador
Professor
Estudante
Convidado

Na plataforma de ensino à distância, os professores dispõem de várias ferramentas para criar, programar e conduzir aulas online. Utilizando o separador do calendário, podem criar aulas, agendá-las, selecionar a disciplina, especificar o tópico da aula e atribuir turmas ou alunos específicos à aula. Todos os utilizadores atribuídos a uma aula recebem notificações assim que a aula é criada no sistema. Os professores podem enviar ligações de convite a pais, alunos e supervisores.
A plataforma de ensino à distância baseia-se na tecnologia de videoconferência. Através dos separadores de horários pessoais, os utilizadores podem participar nas aulas que lhes foram atribuídas. Se um aluno tiver problemas técnicos com a câmara ou o microfone, é apresentado um ícone de alerta junto ao perfil do aluno. Durante a aula em linha, os utilizadores podem enviar ficheiros e dados multimédia, partilhar os seus ecrãs, levantar as mãos e utilizar o quadro virtual. Os professores têm direitos especiais definidos pela sua função de utilizador no sistema:

Ativar/desativar o som dos alunos
Convidar os alunos a falar
Gerir o quadro virtual
Criar e efetuar testes
Atribuir notas
Atribuir trabalhos de casa
Gerir o livro de turma eletrónico

No quadro virtual, os professores e os alunos podem escrever, pintar, inserir fórmulas, adicionar formas, colar autocolantes, carregar ficheiros e utilizar um ponteiro. Durante a aula, os utilizadores podem adicionar vários quadros, alterar a cor de fundo, eliminar elementos e guardar quadros no cartão de aula.

Os professores também têm acesso ao construtor de testes que permite a criação de testes de qualquer complexidade. Estes testes podem ser utilizados para controlo de conhecimentos ou atribuídos como trabalho de casa. O construtor suporta diferentes tipos de perguntas: perguntas simples, perguntas de escolha múltipla, perguntas abertas com caixas de comentários e tarefas para determinar a ordem de eventos especificados ou para encontrar as combinações correctas. Os professores podem definir um limite de tempo e o número de tentativas para passar no teste. As respostas dos alunos são automaticamente verificadas pelo sistema e o professor tem acesso a estatísticas sobre os resultados do teste.

Tecnologias e ferramentas

Back-end

Java, Mapstruct, Spring (Boot, Core, MVC, Dados, Segurança), PostgreSQL

Front-end

Angular, TypeScript, NgRx, RxJS, Material UI

Mobile

Kotlin, Swift, Kurrento, WebRTCWebSockets

JUnit

Integrações

Serviços de distribuição de SMS e correio eletrónico

Processo

Durante a fase de Descoberta, os nossos analistas comerciais estudaram os requisitos das partes interessadas para determinar o âmbito do projeto, a funcionalidade principal para lançar versões MVP e o conjunto completo de características. Criámos a arquitetura do sistema de ensino à distância e seleccionámos as tecnologias ideais para uma maior expansão. Isto foi incluído no ficheiro Vision & Scope para o cliente.

O nosso PM e os nossos programadores propuseram-se utilizar o conjunto de tecnologias mais adequado:

Java 11
Angular
Gateway do Spring Cloud
Configuração do Spring Cloud
Vault, Dados da primavera
Spring Security
Lombok
MapStruct (para converter os dados)
WebFlux (para integração com outros microsserviços e APIs de terceiros)
Conformidade com OWASP TOP 10 (+ OWASP ASVS)
Conformidade com TLS
Integração com o Kafka

Para alojar a plataforma, optámos pelo PostgreSQL como SGBD leve, rápido e multifuncional. Para armazenar e guardar em cache os metadados das aulas, propusemo-nos utilizar a base de dados Redis.

A plataforma de aprendizagem em linha baseia-se na arquitetura de microsserviços. Cada componente lógico é exposto como um microsserviço Spring Boot separado, com o seu repositório, conjunto de módulos, testes de integração, configurações de segurança e pipeline de implantação. Esta abordagem melhora todo o ecossistema de software e torna-o mais flexível e estável.

A plataforma é resistente às vulnerabilidades OWASP TOP 10, enquanto as ligações são protegidas de acordo com os protocolos TLS e SRTP. Foram também aplicadas as seguintes medidas de segurança:

Os dados pessoais são armazenados apenas de forma encriptada
Os direitos de acesso são estritamente delimitados
O tratamento dos dados é consentido pelos pais dos alunos

Equipa necessária

Programadores Java

Programadores JavaScript

Programador de Kotlin

Programador Swift

Designers UI/UX

Analistas de negócios

Gestor de projectos

Engenheiros de QA

Engenheiro DevOps

Resultados esperados

A plataforma de ensino à distância resultante já está integrada no processo educativo de centenas de escolas do ensino básico, médio e superior. A solução cumpre com êxito o seu principal objetivo de ajudar os alunos e os professores a mudar sem problemas para o ensino à distância e a conduzir processos educativos durante as restrições de quarentena.

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