El nacimiento de nuevos paradigmas tecnológicos como el Internet de las Cosas (que prometen revolucionar la economía en lo que ya se está llamando cuarta revolución industrial) ha aumentado la necesidad de que los alumnos adquieran competencias digitales profundas. Con la reducción del tamaño de los dispositivos, cada vez más ingenieros se ven en la necesidad de trabajar directamente sobre microcontroladores (telecomunicación, aeronáuticos, industriales, topógrafos etc.).

Existe sin embargo un problema para adquirir dicho conocimiento, ya que precisa de plataformas específicas con las que los alumnos, en general, sólo trabajan un breve tiempo, no logrando la profundidad requerida en el dominio de las competencias digitales. Por otro lado, este tipo de competencias, de índole eminentemente práctica, no son fácilmente adquiribles mediante el estudio o la comprensión de texto: se requiere un aprendizaje experiencial.

Finalmente, existen titulaciones en la que no existe soporte de infraestructuras que permita aplicar estas enseñanzas, a pesar de que se trata de competencias cada vez más básicas.

Por ello, el presente proyecto pretende desarrollar un entorno virtual de aprendizaje para la adquisición de competencias en programación de microcontroladores, basado en la arquitectura Arduino (la más empleada y extendida en la actualidad). El entorno permitirá desde pruebas sencillas hasta desarrollos mayores que  permitan replicar escenarios de Internet de las Cosas.

El proyecto planteado tiene ramificaciones al implicar el desarrollo de nuevos materiales docentes adaptados al nuevo tipo de aprendizaje, tutoriales y manuales de usuario, que permitan el trabajo autónomo del alumno. Con esta aproximación, no solo se trabajan las competencias específicas previstas, sino que se refuerzan fuertemente algunas de las competencias transversales de la Universidad Politécnica como:

• Uso de las TIC (se trata de la más evidente, dada la naturaleza del proyecto)
• Análisis y síntesis (los alumnos se enfrentarán a problemas reales, de forma segura y desasistida, que deberán abordar y analizar mediante la experiencia)
• Creatividad (pueden desarrollar sus propias aplicaciones de forma autónoma)

• Recopilar y actualizar los recursos educativos y docentes para adaptarlos a un entorno de simulación y aprendizaje experiencial  
• Diseñar y desarrollar un entorno de simulación de programación de microcontroladores genérico, que no precise de infraestructura especializada, de tal manera que los alumnos puedan disponer del entorno en sus propios ordenadores personales y puedan trabajar las competencias de la asignatura mediante la experiencia y el ensayo y error, de una manera informal pero profunda
• Utilización por parte de los alumnos de un sistema de simulación que les permita desarrollar sus propios proyectos y responder a sus propias cuestiones, fomentando la creatividad, la proactividad y el liderazgo.
• Facilitar a los alumnos de Grado y Máster la participación en las asignaturas mediante las modalidades de aprendizaje híbrido
• Demostrar a los alumnos la verticalidad e imprescindibilidad de las competencias relativas a la programación de microcontroladores.

Con este proyecto se pretende

• Aumentar la profundidad del conocimiento y el aprendizaje adquirido por los alumnos, en los ámbitos de uso de microcontroladores, Internet de las Cosas, etc.
• Mejorar las competencias digitales de los alumnos de aquellas titulaciones yo programas no eminentemente tecnológicos
• Aumentar el contacto de los alumnos con los equipos que soportan las funciones, tecnologías y actividades económicas revisadas en la lecciones magistrales
• Atraer hacia la docencia las competencias más punteras, que ya se han consolidado a nivel de investigación (y que ya se han integrado en otras universidades de corte tecnológico)
• Trabajo profundo de las competencias transversales propuestas por la Universidad Politécnicas de Madrid
• Permitir a los alumnos de titulaciones, programas o asignaturas que no tiene acceso a infraestructura o equipos de programación la realización de prácticas 

Alumnos de grado y máster de diferentes titulaciones y asignaturas, que deban adquirir competencias relativas al Internet de las Cosas, sensorización, nuevas tecnologías de Internet y microcontroladores, entre otras potenciales áreas de aplicación. 

Las fases de desarrollo y sus acciones son las siguientes:

Fase 1: Construcción del entorno de simulación (5 meses de desarrollo)

• Búsqueda de librerías y aplicaciones de soporte necesarias
• Establecimiento del diseño software
• Desarrollo de las interfaz gráfica a nivel MOCK UP
• Implementación de la programación
• Conexión de la programación con una primera interfaz gráfica sencilla
• Pruebas funcionales
• Integración final
• Creación de manuales, sitios web, wikis, registros de software, etc.

Fase 2: Diseño de la experiencia educativa piloto (1 mes)

• Selección de las asignaturas más adecuadas, teniendo en cuenta la planificación del curso 2017/18
• Creación de los manuales de prácticas y manuales correspondientes
• Periodo de formación de docentes en el uso del entorno virtual

Fase 3: Durante esta fase de desarrollarán las acciones docentes en las que se implantará el aprendizaje experiencial, como metodología de innovación. Principalmente se integrará en prácticas de laboratorio o como complemento al método expositivo y al aprendizaje formal tradicional (2 ó 3 meses)

Fase 4: Al final del proceso se realizarán las labores de medida y valoración de los indicadores de logro, y la consecución de objetivos y la mejora en la calidad prevista. Se generarán las publicaciones correspondientes para difundir la experiencia. 

Se requerirá de equipamiento informático genérico que permita realizar el desarrollo del entorno de aprendizaje en cuestión. De igual manera serán precisos  asistentes de programación de tipo general.

Se necesitarán, también, microcontroladores hardware contra los que validar el entorno virtual diseñado.

Se hará uso de documentación científica específica sobre metodología de enseñanza y estudios relativos al uso de entornos digitales. Se tendrán en cuenta todos los materiales docentes (especialmente guías de aprendizaje y prácticas de laboratorio) que permitan trasladar al entorno diseñado los mecanismos necesarios para que los alumnos adquieran las competencias previstas mediante las experiencias de simulación.

Será también resultado del proyecto una revisión ya adaptación de los materiales docentes a la nueva metodología educativa.

Una vez finalizado el desarrollo del entorno virtual, se diseñará una experiencia docente piloto, en la que se comprobará la adquisición de competencias digitales por parte de los alumnos mediante un aprendizaje experiencia e informal, gracias a la utilización del entorno diseñado.

Para ello se realizarán encuestas previas y posteriores a los trabajos, intentado siempre buscar diferentes perfiles de alumnos (idealmente diferentes niveles, alumnado propio y extranjero, diferentes titulaciones y Escuelas etc.). También se obtendrán, del propio entorno, estadísticas de uso que permitan dilucidar la metodología de aprendizaje a la que tienden los alumnos de forma libre.

En general, se considerarán los siguientes indicadores para valorar la consecución de objetivos y mejora de la calidad:

• Mejora en las competencias de programación de microcontroladores entre los alumnos
• Obtención de un conocimiento más profundo (gracias a la experimentación constante) en las áreas académicas relacionadas con el proyecto
• Mejora en la calidad de los trabajos y proyectos relativos a la Internet de las Cosas (mejora en las calificaciones, especialmente)
• Mejora en la percepción y motivación del alumnado, en relación con la asignaturas tecnológicas, especialmente en  titulaciones no estrictamente TIC

• Entorno virtual de programación con microcontroladores, basado en la plataforma Arduino
• Manual de programación y uso del entorno virtual propuesto
• Primeros ejemplos de aplicación, con código y video-tutoriales
• Comunicaciones científicas valorando la experiencia, la consecución de objetivos y la mejora en la calidad lograda
• Sitios digitales de difusión del proyecto (wiki, página web, etc.)

Los resultados y productos del proyecto serán difundidos a través de la realización de comunicaciones en congresos y revistas de prestigio, de ámbito nacional e internacional. La selección particular de las mismas dependerá, mayormente, de la situación editorial que se configure al final de la ejecución del proyecto, buscando siempre el mayor impacto. A modo de ejemplo, se han revisado las siguientes conferencias  y revistas:

• International Journal of Online Engineering: http://online-journals.org/index.php/i-joe
• IEEE Revista Iberoamericana de Tecnología de Aprendizaje: http://rita.det.uvigo.es/
• ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference: http://fie2016.org/  
• IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies: http://lttf.ieee.org/node/59
• WorldCIST: http://www.worldcist.org/

Profesores e investigadores del Grupo de dispositivos magnéticos (GDM) del Instituto de Sistemas Optoelectrónicos y Microelectrónica (ISOM-UPM), que participarán en labores de asesoría y validación, teniendo en cuenta su larga experiencia en microcontroladores.

Se intentarán colaboraciones con diferentes escuelas de la UPM (especialmente ETSI. Topografía), a fin de validar el entorno  propuesto con diferentes perfiles de alumnos.