El presente proyecto está basado en el uso de la realidad aumentada (RA) como herramienta para mejorar y facilitar el proceso de enseñanza-aprendizaje de la asignatura “Experimentación en ingeniería química III” de 4º curso del Grado de Ingeniería Química (GIQ), el cual se imparte en la ETSI-Industriales.

La RA consiste en la utilización simultánea de objetos reales e información virtual (textos, imágenes, videos, modelos 3D u otro tipo de información generada por ordenador), lo que proporciona nuevas formas de percibir e interactuar con el entorno, permitiendo un mejor conocimiento de la realidad, optimizando el aprendizaje e incrementando la motivación por aprender. A diferencia de la realidad virtual, la cual sumerge al usuario en un mundo generado íntegramente por ordenador, la RA combina el mundo real con contenido digital lo que permite mejorar la percepción de la realidad sin perder el contacto directo con la misma. Además, la RA es una tecnología que no requiere de grandes requerimientos técnicos para ponerla en práctica ya que es suficiente con un ordenador, “smartphone” o “tablet” y unos elementos activadores de RA (marcadores, imágenes, objetos, códigos QR o puntos geolocalizados) sobre los que se superpone la información digital (objetos 3D, vídeo, imágenes…) cuando éstos son reconocidos por el software que estamos ejecutando.

Hoy en día, la tecnología de RA está siendo cada vez más utilizada en el aula y ya existen numerosas herramientas y plataformas que permiten crear de forma sencilla contenidos que mezclen imágenes reales con otras virtuales. Algunos ejemplos son la herramienta de creación española “Aumentatity Author” y su visualizador “Aumentatity Viewer”, y las plataformas ARCrowd, Total Immersion, Metaio o LayAR, entre otras.

En el caso que nos ocupa, la idea central del proyecto es generar contenidos de RA para los diferentes equipos utilizados en las prácticas de “Experimentación en Ingeniería Química III”, los cuales se encuentran ubicados en la planta piloto de Tecnología Química. El uso de esta tecnología permitirá al alumno capturar con su Smartphone los elementos activadores asociados a una unidad determinada (por ejemplo, códigos QR, marcadores o la propia instalación) y tener acceso, a través de la pantalla, y cuando el alumno lo necesite, a toda la información relativa al equipo o instalación.

Entre la información disponible de cada equipo destaca la siguiente:

• Identificación de la unidad: nombre, ubicación y año de instalación
• Esquema del equipo o instalación donde se muestran las partes o elementos más destacados. Dicho esquema aparecerá en la pantalla superpuesto a la imagen real
• Breve descripción de las partes más importantes de cada unidad
• Acceso directo a videos y/o tutoriales sobre:
  • Puesta en marcha y funcionamiento de la unidad. En el caso de instalaciones muy complejas, el alumno podrá visualizar la unidad como un todo o diferentes partes por separado (por ejemplo, en una columna de destilación, además del funcionamiento de la columna en su conjunto, tendrá también acceso a información adicional sobre la caldera, los platos, el sistema de reflujo, el condensador, etc.)
  • Pasos a seguir para la puesta en marcha de la unidad.
  • Recomendaciones para un correcto funcionamiento
  • Erros frecuentes y posibles causas.
• Acceso a un video explicativo de cómo utilizar el equipo en la práctica que se pretenda llevar a cabo.
• Acceso directo al guion de la práctica (por ejemplo,  a través de códigos QR)
• Acceso a cuestionarios de evaluación

• Otra información de interés (unidades industriales similares, curiosidades, accidentes y causas, artículos y noticias de interés, etc.)

En general, en las asignaturas experimentales, la descripción y funcionamiento de los equipos suele incluirse en los guiones de cada práctica, aunque nuestra experiencia demuestra que los alumnos tienen tendencia a no leerlos. Por otra parte, cuando se trata de instalaciones complejas, como sucede con las utilizadas en “Experimentación en Ingeniería Química III”, es mucho más eficaz explicar su funcionamiento con el equipo en marcha al inicio de cada práctica. El problema surge cuando el alumno se pierde la explicación inicial, y no tiene oportunidad de volver a escucharla, lo que puede obstaculizar severamente su proceso de aprendizaje. En este sentido, la incorporación de la tecnología RA se plantea como una solución a este problema ya que el alumno puede acudir al laboratorio en cualquier momento y obtener información detallada de un equipo o instalación, incluso cuando éste no se encuentre en funcionamiento. Además de permitir al alumno adquirir conocimientos de manera autónoma antes, durante y después de la práctica, la RA es una herramienta de gran valía a lo hora de aplicar la metodología de aula invertida. 

Los objetivos principales de este proyecto son:

OBJ 1. Elaborar contenidos de RA para la asignatura "Experimentación en Ingeniería Química III", del grado en Ingeniería Química

OBJ 2. Aplicar la RA en el ámbito de la experimentación en ingeniería química con el propósito de favorecer un proceso de Enseñanza-Aprendizaje más eficaz, que permita una mayor percepción, interacción y aprendizaje por parte del alumnado.

OBJ 3. Disponer de una herramienta que facilite la comprensión tanto de los fundamentos de la práctica como del funcionamiento de los equipos implicados, incluso cuando éstos no se encuentren en funcionamiento.

OBJ 4. Incrementar la motivación por aprender por parte del alumnado.

OBJ 5.  Verificar la efectividad que se puede alcanzar con el apoyo de la RA en desarrollo de habilidades y competencias en los alumnos matriculados en la asignatura “Experimentación en Ingeniería Química III” del Grado en Ingeniería Química

Una de las ventajas de la RA es que establece un puente entre los conceptos teóricos y la realización física de los experimentos con equipos reales, lo que permite al alumno adquirir conocimientos de manera autónoma antes, durante y después de realizar una práctica de laboratorio. El alumno, además de estar en contacto directo con el equipo, tiene acceso a información adicional, tanto de la práctica como del equipo, lo que le permite complementar la percepción e interacción con el mismo en tiempo real. Además, tal y como se ha comentado anteriormente, la RA es una herramienta que permite llevar a cabo experiencias docentes basadas en la metodología del Aula Invertida.

La RA se ha aplicado de forma experimental durante los últimos años en entornos académicos, quedando patente que esta tecnología constituye una valiosa herramienta para mejorar la comprensión de la realidad, optimizando los aprendizajes. Además, estudios sobre actividades educativas concretas concluyen que el uso de la RA influye positivamente en la motivación del alumnado.

Este PIE pretende ser llevado a cabo en la asignatura “Experimentación en Ingeniería Química III” de 4º Curso del Grado en Ingeniería Química (ETSI Industriales). La selección de esta asignatura está basada en el hecho de que la mayoría de las prácticas se realizan en planta piloto, utilizando equipos de gran tamaño y de considerable complejidad técnica. Además, los alumnos se distribuyen en grupos pequeños (4-5 alumnos) lo que permite hacer un seguimiento más eficaz del desarrollo del proyecto e identificar rápidamente cualquier problema acaecido.

Sin embargo, es importante destacar que esta herramienta también podría resultar de gran interés en otras asignaturas con contenido eminentemente práctico como “Experimentación en Ingeniería Química I y II” (GIQ), “Control de Procesos” (GIQ/GITI) u “Operaciones con Sólidos” (MIQ). Por este motivo, si los resultados obtenidos son satisfactorios, se promoverá el intercambio de información y herramientas entre aquellos docentes y personas interesadas en llevar a cabo nuevas experiencias basadas en RA.

Fase 1: Definir qué realidad queremos aumentar y establecer los contenidos RA que vamos a incluir (2-3 semanas): En esta fase se seleccionarán los equipos o instalaciones (o partes de éstas) que por su diseño o complejidad son más adecuadas para aplicar la RA. Una vez identificadas, el siguiente paso es establecer la información adicional que vamos a incluir a través de la RA, así como su formato (videos, sonido, animaciones, modelos 3D, etc.).

Fase 2. Recopilación y/o elaboración de contenidos RA (4 meses) asociados a los equipos e instalaciones presentes en la planta piloto de Tecnología Química de la ETSI Industriales-UPM. En esta fase es el momento de recopilar o elaborar todo el material que se pretende incluir como RA. Dicho material incluye la elaboración de esquemas y textos aclaratorios de los equipos, la grabación y edición de videos explicativos de la práctica y de los equipos utilizados, o el diseño de animaciones y modelos 3D, que una vez convertidos a archivos RA podrán ser visualizadas desde el móvil junto con la instalación real.

Fase 3: Evaluar las herramientas y plataformas más adecuadas para generar contenidos de RA (3 meses). Tal y como se ha comentado anteriormente, hoy en día existen un gran número de plataformas y herramientas que permiten crear de forma sencilla contenidos con RA. En cualquier caso, lo ideal es llevar a cabo la combinación de una aplicación instalada en el ordenador (con la que, por ejemplo, crearemos un modelo 3D) con una app instalada en el móvil que será desde la que realizaremos la interacción entre el mundo real y la creación en RA. Un ejemplo es la plataforma “Aumentatity Author” y su visualizador “Aumentatity Viewer”. En esta fase se probarán diferentes plataformas, seleccionando aquellas más adecuadas para el desarrollo del proyecto.

Fase 4: Transformación de contenidos a RA y creación de elementos activadores (5 meses):

Una vez disponemos del texto, imagen o escena creada, el siguiente paso es utilizar el software que nos permite transformarlo en un sistema de RA. Mediante herramientas de modelado de objetos y aplicaciones de RA como la que acabamos de mencionar se pueden crear, visualizar y manipular modelos 3D: acercarlos, alejarlos, girarlos, o colocarlos en lugares determinados.

En este proyecto haremos uso de la plataforma de RA Aumentatity Author y de cualquier otra herramienta de software libre que consideremos adecuada, de acuerdo a la evaluación realizada en la Fase 3.

En esta etapa se crearán también los elementos activadores asociados a cada unidad (códigos QR, marcadores o la propia instalación), los cuales nos permitirán el acceso a los contenidos de RA descriptos anteriormente.

Fase 5: Puesta en marcha y comprobaciones finales (2 meses)

La fase final del proyecto será la puesta en marcha de la herramienta y la comprobación de su correcto funcionamiento.

Fase 6: Implantación y evaluación (curso 2017/18)

La implantación de la tecnología de RA desarrollada en este proyecto se llevará a cabo al año siguiente, lo cual nos permitirá verificar la efectividad que se puede alcanzar con el apoyo de la RA en desarrollo de habilidades y competencias en los alumnos matriculados en la asignatura “Experimentación en Ingeniería Química III” del Grado en Ingeniería Química.

Los alumnos tendrán acceso a todos los contenidos de RA desde el primer día de clases, los cuales tienen que haber visualizado antes de comenzar las prácticas. De esta forma, se promueve tanto el aprendizaje autónomo como el uso de la metodología de aula invertida.

En el siguiente cronograma se muestra la duración de cada una de las fases:

M: mes; F: fase

*La fase 6 se llevará a cabo durante el curso 2017/18.

Necesarios:

• Elaboración de textos: procesadores de texto y programas de creación de páginas web
• Animaciones y objetos 3D: Programas de diseño tridimensional como 3DMax, Maya, Autocad y Skecthup.
• Grabación y edición de videos: programas específicos de edición de video. Además, se contará con los servicios coordinados por el GATE
• Contenido de RA: Plataforma Aumentity Author y otros recursos gratuitos de internet como ARCrowd, Total Immersion, Metaio o LayAR.
• Desarrollo experimental de las prácticas de laboratorio: reactivos y material fungible.

Creados:

Además de todo el material didáctico mencionado anteriormente (textos explicativos, videos, tutoriales, objetivos 3D), lo más importante es que se creará una herramienta de RA que permitirá a los alumnos tener acceso a información específica de un equipo o instalación en tiempo real, la cual podrán consultar siempre que lo consideren necesario.

El fin último de este proyecto es el desarrollo de una herramienta que pueda ser utilizada en el futuro. Por tanto, la evidencia de logro más clara es la propia herramienta en sí. Los resultados se medirán en función de los avances logrados durante el desarrollo de las diferentes fases, y el seguimiento consistirá en ver mensualmente el grado de consecución de cada una de ellas.

Por otra parte, la implementación de la herramienta al año siguiente permitirá evaluar los resultados obtenidos en relación al desarrollo de habilidades y competencias de los alumnos, así como su grado de satisfacción (a través de una encuesta).

Fruto de este proyecto resultarán los siguientes productos tangibles:

• Herramienta de RA que permitirá a los alumnos tener acceso a información específica de diferentes equipos e instalación de la plata piloto de Tecnología Química, simplemente con capturar con sus teléfonos móviles los elementos activadores asociados a cada uno de ellos.
• Materiales didácticos asociados a la herramienta.

La divulgación prevista para este proyecto incluye:

- Presentación de, al menos, una comunicación en un congreso nacional de educación.

- Publicación de, al menos, un artículo en una revista de educación nacional o internacional.

- Noticia para su difusión en la UPM.

Aunque se trata de un proyecto que va a ser llevado a cabo íntegramente por el GIE, no se descartan colaboraciones puntuales con otros grupos, nacionales o internacionales, con experiencia en la aplicación de la RA en la educación. En cualquier caso, también contaremos con los servicios y ayuda ofrecidos por el GATE.