EXAMINapp: An Evolved Secure Anonymous Assessment

EXAMINapp: An Evolved Secure Anonymous Assessment

EXAMINapp: An Evolved Secure Anonymous
Assessment Information System Using NFC And
QR Technologies
S. Rios, J.A. Morente and J. Pascual
1
Abstract— Preferential treatment or even potential bias
which subconsciously affect marking is an important problem in
current assessment models. To date, several systems have been
developed to prevent the evaluators from relating exams to the
applicants, but they require specific preparations before the
exam, and usually involve high cost. The presented system,
EXAMINapp, makes use of NFC and QR technologies, and is
designed to preserve the anonymity of the student therefore
avoiding the aforementioned problems. Additionally, it reduces
the time spent handing in the exams, speeds up the process of
submitting marks and increases the overall efficiency of
requesting exam reviews.
Keywords— anonymous assessment, mobile information
system, NFC, QR, IS management.
I. INTRODUCCIÓN
U
NO de los principales problemas de los actuales modelos
de evaluación aplicados en muchos ámbitos y niveles
educativos, es la posibilidad de que se produzca, generalmente
de forma subconsciente bien un sesgo o bien algún tipo de
tratamiento preferente a la hora de calificar. Esto es
especialmente delicado en procesos públicos de selección
donde un gran número de candidatos se presentan en
concurrencia competitiva por unas pocas plazas, y la exigencia
de transparencia debe ser muy elevada [18][19][29].
El problema radica en que la información personal de
identificación del sujeto evaluado suele estar claramente
visible en el propio examen, y, aún en los casos en los que se
utilice información numérica o algún tipo de código para
enmascarar dicha identidad, estos mecanismos no son
suficientemente seguros ni ofrecen el nivel de protección
adecuado que permita evitar que el examinador pueda
relacionar el código con el alumno o sujeto evaluado [9][11].
En la actualidad se utilizan sistemas basados en códigos de
barras únicos, como alternativa más segura. En muchos de
ellos, cada ejemplar del examen se divide en dos partes, una
de ellas contiene los datos personales y de identificación del
1
S. Ríos, Escuela Superior de Ingeniería y Tecnología de la Universidad
Internacional de La Rioja UNIR, Logroño, España, [email protected]
2
J. Pascual, Departamento de Informática de la Universidad de Oviedo,
España, [email protected]
3
J. Morente, Departamento de Ciencias de la Computación e Inteligencia
Artificial de la Universidad de Granada, España, [email protected]
sujeto evaluado, y la otra parte contiene el examen en sí.
Ambas partes se separan en el momento de la recepción del
examen cumplimentado, y se vuelven a asociar una vez
corregido dicho examen. Este sistema exige una notable
inversión en tiempo de preparación previa al examen, así
como el uso de dispositivos de lectura de códigos y
procesamiento conjunto de ambas partes de cada examen, y
por último, se ha de tener en cuenta que la impresión de
códigos de barras únicos diferenciados en cada examen
individual es costosa.
En este trabajo se presenta EXAMINapp, una solución de
bajo coste al problema de la evaluación anónima y segura, en
la que mediante la utilización de códigos accesibles desde
dispositivos móviles bien por contacto con NFC o bien
mediante escaneo de QR, sólo el sistema puede relacionar
dicha información con la identidad del sujeto evaluado.
Además, como prueba adicional de identidad, el proceso se
completa capturando la firma manuscrita digitalizada del
examinando en el momento de entrega de su examen.
EXAMINapp es una plataforma basada en la nube en
modalidad SaaS (Software as a Service), que hace uso de dos
aplicaciones móviles diferentes, una para el examinador y otra
para los estudiantes, así como una aplicación Web que permite
realizar operaciones de gestión con la base de datos de
personas que tienen derecho a participar en el examen.
Las principales contribuciones del sistema que aquí se
presenta al proceso de evaluación anónima son
fundamentalmente dos: En primer lugar se propone un uso
innovador de la tecnología NFC así como de los códigos QR
aplicados a los procesos de evaluación, maximizando el
alcance de los dispositivos móviles que se pueden usar por
parte de estudiantes, y en segundo lugar, una reducción muy
significativa de los costes involucrados en el proceso
(acentuada además por el uso de tecnologías open source) en
comparación con otras soluciones existentes, cuyos costes ya
de por sí suponen una barrera de entrada muy considerable
[24].
El resto de este trabajo está organizado como sigue: En
primer lugar, en la sección II
se describen trabajos
relacionados así como usos exitosos de la tecnología NFC en
este ámbito. En la Sección III se presenta la plataforma
EXAMINapp. En la Sección IV se presentan detalles de la
validación del sistema en un entorno real educativo.
Finalmente en la Sección V se presentan las conclusiones y
trabajo futuro.
II. TRABAJOS PREVIOS Y CASOS DE USO DE QR Y
NFC
En la actualidad existen diferentes mecanismos tecnológicos
que hacen posible el intercambio rápido y eficiente de
información entre un dispositivo móvil y un objeto físico del
mundo real: Códigos QR, etiquetas NFC, RFID, balizas
iBeacon/Eddystone, RFID, puntos de luz Li-Fi o VLC…etc
[7][10]
En el caso que nos ocupa, el objeto físico, un ejemplar de
examen, tiene un rol pasivo en este intercambio de
información, y debe poder portar de forma inseparable el
elemento tecnológico que albergará la información digital
codificada. Por ello, las tecnologías aplicables se reducen a
códigos QR y etiquetas NFC.
Los códigos QR son matrices de puntos o códigos de barras
bidimensionales, cuyo contenido se puede leer a alta velocidad
y están definidos por el estándar internacional ISO/IEC18004.
Para poder acceder a su información existen numerosas apps
móviles capaces de reconocerlos utilizando la cámara del
dispositivo, y asimismo existen numerosas APIs que permiten
desarrollar aplicaciones que hagan uso del reconocimiento de
un código QR como parte del flujo de la aplicación.
Por otra parte, la tecnología NFC (Near Field
Communications) permite el intercambio inalámbrico de
información entre dos dispositivos a muy corta distancia. En la
actualidad la mayor parte de los smartphones de gama media o
alta ya dispone de un módulo NFC que hace posible este tipo
de comunicación. En el caso de dispositivos de la plataforma
Android, existe la posibilidad de desarrollar aplicaciones que
controlen este intercambio de información, usando el propio
SDK oficial [17][22]. En el caso de dispositivos de la
plataforma iOS, fundamentalmente iPhones, existe la
tecnología pero en la actualidad Apple no permite su control a
los desarrolladores.
Para el almacenamiento de información que se intercambiará
mediante NFC, existen etiquetas, de diversos tamaños y
factores de forma, que permiten almacenar hasta 4KB de
información en formato libre, que posteriormente se podrá
leer/editar con un Smartphone que disponga de módulo NFC.
El coste actual unitario de etiquetas en blanco, en rollos de
fábrica ya está por debajo de los 0.09€
Los actuales avances en tecnologías móviles y en
infraestructura de red para transmisión de datos en acceso a
servicios cloud, tanto el coste de los dispositivos con módulo
NFC como el de las transferencias de datos hacen que sean una
solución viable y coste-efectiva para guardar el anonimato de
un sujeto evaluado en procesos de examen.
Existen numerosos estudios relacionados con la tecnología
NFC, muchos de ellos centrados en su uso como plataforma
para agilizar pagos, e incluso recientemente grandes fabricantes
del sector ofrecen sus propios mecanismos de tarjeta de crédito
virtual que permite hacer pagos vía NFC, como Samsung Pay o
Apple Pay.
Se han hecho además numerosas pruebas piloto con NFC
en distintas partes del mundo, como por ejemplo las
desarrolladas por Telefonica en su sede principal del Distrito C
de Madrid, en las que los empleados utilizan tarjetas NFC para
identificación y micropagos en distintos servicios, o también
los realizados por la iniciativa Barcelona Mobile World
Capital, en la que se han implementado con éxito nuevas
estrategias de marketing y promoción [16].
Sacando partido a una de las grandes ventajas de NFC, su
rapidez, han surgido distintos proyectos, ya en producción,
para micropagos, especialmente para tickets de transporte
público en distintas ciudades de España, como Valencia,
Madrid, Málaga y Gijón.
Sin embargo, no se ha encontrado en la literatura existente
ningún trabajo específico sobre la aplicación de NFC y QR al
ámbito de la evaluación anónima, más allá de un trabajo previo
de los autores de una versión preliminar y limitada de la
plataforma que aquí se presenta [28].
Sí se han encontrado otros estudios que sugieren el uso de
la tecnología NFC en el ámbito educativo, como los que
aplican la tecnología NFC al control de asistencia a clase, o, de
forma más amplia, al uso de NFC en sistemas de fichaje y
control de entradas/salidas
para gestionar retrasos y
absentismo [15].
III. MATERIALES Y MÉTODOS
En la plataforma propuesta, EXAMINapp, el proceso
completo de evaluación de un examen, para cada sujeto
evaluado, es, a alto nivel, el siguiente (Fig. 1):
1) El profesor dispone de una aplicación Web en la que
figuran los alumnos de sus asignaturas, y puede dar de
alta una fecha de examen y especificar qué alumnos
están autorizados a presentarse (según la normativa de
cada caso)
2) Los alumnos disponen de una aplicación móvil en la
que pueden consultar la información de los próximos
exámenes a los que pueden concurrir, las fechas de
examen, fechas de revisión y el estado actual de la
evaluación.
3) Al término del examen, el sujeto evaluado entrega su
ejemplar al supervisor/profesor, quien añade una
etiqueta NFC o QR con información que permite
asociar al sujeto con esa etiqueta única.
4) El alumno puede comprobar en su aplicación que se
ha registrado correctamente la entrega del examen, lo
que también constituye una prueba o justificante de
dicho acto.
5) El profesor evaluador corrige el examen sin conocer la
identidad del sujeto evaluado, e introduce la
calificación del examen en su aplicación móvil de
profesor, y posteriormente acerca el dispositivo a la
etiqueta NFC o lee el código QR, y se confirma el
envío de la calificación al servidor cloud.
6) El sujeto evaluado puede comprobar en su aplicación
la calificación del examen y solicitar, si es oportuno,
una revisión.
ello se introduce el código o número de expediente del
estudiante, el número de páginas entregadas, así como su
firma digitalizada. Una vez cumplimentados estos campos de
información, el vigilante pega una etiqueta NFC, y acercando
el dispositivo móvil, guarda la información en la misma,
bloqueándola para evitar su posterior modificación.
Opcionalmente, genera una etiqueta con un código QR
equivalente que pega en el ejemplar de examen. Cuando
todos los estudiantes han entregado sus exámenes, el vigilante
envía toda la información al servidor, sin más que activar la
opción “fin de examen”.
El rol de evaluador sólo está disponible para los
profesores, que podrán corregir normalmente los exámenes, y
una vez terminada la corrección, introducen la calificación en
la aplicación y acercan el dispositivo a la etiqueta NFC del
examen corregido (opcionalmente podrán hacerlo leyendo el
código QR). Esta información se enviará al servidor cloud,
donde se asociará a la identidad de un sujeto evaluado,
desconocido por el profesor. Una vez enviadas todas las
calificaciones, y tras un tiempo preestablecido según la
normativa de cada centro, podrá consultar las solicitudes de
revisión, y sólo en este punto podrá conocer la identidad y
calificación del solicitante de revisión.
Figura 2. Aplicación de Profesor, con roles de Vigilante y Profesor.
Figura 1. Flujo de operación de EXAMINapp.
A continuación, se describen cada uno de los elementos
integrantes de la plataforma
1.
Aplicación Móvil del Profesor
Se trata de una aplicación Android para uso exclusivo del
personal docente o evaluador, y no está disponible en
mercados de aplicaciones públicos como Googe Play. El
dispositivo que usa esta aplicación deberá tener un módulo
NFC y conexión estable a la red de datos, y se deberá registrar
su código IMEI en el servidor, comunicándoselo al
administrador del servicio. Sólo los dispositivos con IMEI
registrado podrán iniciar sesión.
Esta aplicación soporta dos roles diferentes: vigilante y
evaluador (Fig. 2). El primer rol gestiona la entrega física del
examen, preservando el anonimato del sujeto evaluado, y para
2.
Aplicación Móvil del Alumno
Se trata de una aplicación Android disponible
gratuitamente en Google Play. Los alumnos deben estar
registrados previamente en la base de datos del servidor cloud
que proporciona los servicios de backend. Esta aplicación
permite a los alumnos conocer todos los detalles de los
exámenes en los que están involucrados. Asimismo, cuando
reciben la calificación, podrán solicitar una revisión del
examen en caso de disconformidad, y esta petición llegará al
profesor evaluador.
3.
Aplicación Web de backend
Esta aplicación es uno de los elementos centrales de la
plataforma EXAMINapp, y está desarrollada en Java, y se
puede desplegar en cualquier servidor de aplicaciones, si bien
en este caso se optó por usar JBossAS7, por su fiabilidad y
rendimiento [25][26].
Esta aplicación tiene por un lado el propósito de
proporcionar una interfaz Web de administración de datos de
alumnos y convocatorias de exámenes al profesor
(almacenados en una base de datos MySQL) en la que se
prime la usabilidad y posibilitando una buena experiencia de
usuario (Fig.3). Por otro lado, se encarga de recibir todos los
datos de las respectivas aplicaciones móviles, y según sus
roles, validando la información y aplicando las reglas de
negocio correspondiente a cada caso de uso.
aplicación [1][2]. Se han utilizado elementos de interfaz con
fuentes de gran tamaño, así como elementos interactivos con
alto contraste de color, de modo que se puedan leer
fácilmente. Todos los mensajes de error muestran claramente
y en términos comprensibles no técnicos cuál es la causa del
problema y se proporcionan instrucciones para solucionarlo.
En este sentido, añadir que la aplicación Web ha sido
diseñada usando técnicas de responsive design, para adaptarse
a cualquier tamaño de pantalla. Concretamente se ha usado el
framework Bootstrap, compatible con todos los navegadores y
que se adapta a cualquier tamaño de pantalla manteniendo
intacta la funcionalidad de la aplicación [12][14].
IV. RESULTADOS Y VALIDACIÓN DEL SISTEMA
Para validar la propuesta de la plataforma EXAMINapp, se
ha decidido evaluar la sensación de anonimato y seguridad
percibidos así como la experiencia de usuario (UX) de todo el
proceso y de las aplicaciones.
Figura 3. Componentes de la Plataforma EXAMINapp.
A continuación se abordan otros aspectos relevantes de la
propuesta, relacionados tanto con la Seguridad como con el
Diseño de la Interacción
En torno a la primera cuestión, debido al carácter altamente
sensible de los datos que se manejan, el sistema ha sido
implementado de modo que los datos se gestionan de forma
segura en todo el proceso. En cuanto a las transferencias de o
hacia el servidor, siempre se verifican las credenciales de los
solicitantes, y se utilizan comunicaciones seguras mediante
HTTPS (usando SSL/TLS) [3][4]. Todas las respuestas
cifradas se envían en formato estándar JSON a los dispositivos
solicitantes [5]. Por otro lado, la tecnología NFC se utiliza
debido a su alto grado de protección frente a escuchas debido
a su muy reducido alcance (10cm o menos) [13][23].
Por otra parte, en relación al Diseño de la Interacción y de la
Experiencia de Usuario (UX), las aplicaciones que componen
la plataforma EXAMINapp han sido diseñadas de modo que
los distintos usuarios, contemplando distintos rangos de edad,
y asumiendo que no es necesario tener experiencia previa
usando dispositivos Android, puedan afrontar una curva de
aprendizaje muy suave para usar las aplicaciones
aprovechando toda su potencialidad [30][31].
En especial, para evitar posibles problemas con la
aplicación de profesores, que pueden pertenecer a segmentos
de edad superiores, o no estar familiarizados con el ámbito
técnico, se ha prestado especial atención en el diseño de la
interacción, guiando al usuario paso a paso en toda la
Se ha realizado una prueba piloto en la Universidad, con
35 estudiantes de tercer curso de Grado en Ingeniería
Informática. Al comienzo del examen se les entrego un
ejemplar del examen, a cada uno de los cuales se pegó en la
parte superior una etiqueta NFC de tipo MiFare classic de
1KB. En ningún momento se solicitó información personal a
los estudiantes. Un profesor, con rol vigilante, supervisó el
desarrollo del examen, y tenía instalado en su dispositivo
móvil la aplicación de profesor (previamente autorizado su
IMEI), en un dispositivo Samsung Galaxy Note IV (Android
5.1.1, Quad-Core 2.7GHz Krait 450, 3GB RAM, NFC y SPen).
Cuando los estudiantes finalizaban sus exámenes se les
pedía que rellenasen un formulario en el dispositivo del
profesor vigilante: número de expediente, número de hojas, y
firma (con el dispositivo S-Pen). Después, el profesor tocaba
la etiqueta NFC con su teléfono. Este proceso duró entre 45
segundos y minuto y medio por estudiante, puesto que en
muchos casos el proceso se explicaba individualmente.
Tras la entrega del examen se pidió a los estudiantes
involucrados que rellenasen un cuestionario de satisfacción de
12 preguntas, sobre la sensación de seguridad al usar la
aplicación así como del proceso completo. Las respuestas se
dividieron en 5 categorías, desde 1(Malo) a 5 (Excelente), y se
añadió al final un recuadro de comentarios libres para obtener
realimentación sobre aspectos no recogidos por el
cuestionario.
El promedio de calificaciones fue de 4.49 puntos sobre 5,
lo que supone que la prueba piloto fue un éxito. La facilidad
de gestión de la información fue uno de los aspectos más
valorados, así como el grado de anonimato percibido y el
carácter innovador de la solución presentada (Fig. 4).
V. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO
La plataforma presentada , EXAMINapp, ha sido diseñada
para preservar el anonimato de los estudiantes en procesos de
evaluación, reduciendo en lo posible el tiempo de entrega
física de los exámenes y agilizando el proceso de envío de
calificaciones y posterior solicitud de revisiones.
REFERENCIAS
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[14]
Figura 4. Diagramas de cajas de las valoraciones de la encuesta a los
participantes
[15]
Se han cumplido los objetivos principales y la
realimentación proporcionada ha permitido mejorar la
plataforma: Tanto los examinandos como los revisores
declararon que el sistema de evaluación anónima se percibía
como un sistema sin sesgo y transparente. En todo el proceso,
durante un examen real, no se percibió desconfianza, y se
valoró notablemente la UX de la solución global. Finalmente,
el personal docente confirmó que el sistema funcionaba
correctamente y que pudieron proporcionar realimentación a
los alumnos que lo solicitaron.
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
Como posibilidades para trabajos futuros, con la creciente
inclusión de lectores de huella dactilar en dispositivos móviles
de gama alta, que sin duda se irán popularizando en el tiempo,
se abre una nueva oportunidad. En este caso se podrán utilizar
las APIs correspondientes para incluir validación biométrica
de identidad en las aplicaciones de profesor y de alumno, lo
que redundaría en una mayor seguridad y protección frente
posibles a suplantaciones.
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Sergio Ríos Aguilar. Doctor en Economía, Máster
Universitario en Sistemas Telemáticos y de
Telecomunicación, Experto Universitario en eLearning e
Ingeniero en Informática. Profesor Adjunto de la Escuela
Superior de Ingeniería y Tecnología de la Universidad
Internacional de La Rioja (UNIR). Acreditado como Profesor Contratado
Doctor por la ANECA y la Agencia Andaluza del Conocimiento. Con una
amplia experiencia en I+D+i en el ámbito de soluciones móviles avanzadas y
ponente habitual en congresos nacionales e internacionales sobre tecnologías
móviles.
Ha dirigido numerosos equipos de desarrollo de servicios móviles,
en proyectos de innovación relacionados con el marketing móvil, entre otros,
con tecnologías como NFC y servicios basados en localización. Sus
principales líneas de investigación se relacionan con el ámbito de los
"wearables" (relojes inteligentes, medidores de actividad personal...etc) e IoT
(Internet Of Things).y Gestión de Proyectos.
Juan Antonio Morente Molinera. Doctor en Informática
Acreditado como Contratado Doctor por la ANECA,
Ingeniero en Informática por la Universidad de Granada,
Máster en Soft Computing y Sistemas Inteligentes, Máster
en profesorado de educación secundaria. Entre sus líneas
de investigación se encuentran: Toma de decisiones en grupo; conjuntos
difusos; Ontologías Difusas
Jordán Pascual Espada. Doctor en Ingeniería
Informática y Máster en ingeniería Web. Ha desarrollado
tareas investigadoras en la Universidad de Oviedo y es
profesor invitado de la misma, además realiza
colaboraciones con empresas como ElasticBox. A lo largo
de su carrera ha participado en diversos proyectos de investigación nacionales,
publicado varios libros y más de 10 artículos científicos en revistas
internacionales. Entre sus campos de especialización destacan las plataformas
móviles y la Web. Entre sus líneas de investigación destacan:Internet de las
Cosas, Ingeniera Web, Aplicaciones móviles, Ingeniería del Software.