La implantación de la nueva titulación de Graduado en Ingeniería de Tecnología y Servicios de Telecomunicación trae consigo un incremento significativo de la demanda que sufren los laboratorios del Departamento de Ingeniería Electrónica, y también del esfuerzo docente necesario para realizar el seguimiento y la evaluación continua del trabajo de los alumnos.  Con el fin de facilitar la implantación de las asignaturas Sistemas Digitales I, Sistemas Digitales II y Arquitectura de Procesadores, se propone este proyecto de innovación educativa que pretende desarrollar métodos docentes, así como las herramientas de apoyo necesarias, orientados a fomentar la colaboración en el proceso de aprendizaje como mecanismo para mejorar la eficacia de la función docente y del proceso de aprendizaje en conjunto.

En el proyecto de innovación docente “Desarrollo de herramientas para la implantación de una metodología ágil basada en eXtreme Programming en asignaturas masivas basadas en proyectos”, desarrollado en el curso 2010-2011, se realizó un prototipo de entorno de desarrollo para sistemas empotrados, basado en Eclipse y el simulador SID, que puede ser utilizado por los alumnos de asignaturas masivas de sistemas electrónicos basados en microprocesador para realizar en equipo proyectos de complejidad arbitraria.  Además, la integración de un simulador fácil de modificar y extender permite que los alumnos puedan adelantar trabajo en casa, reduciendo significativamente la demanda de ocupación de puestos de laboratorio.  En este proyecto se parte de estas herramientas y se pretende ampliarlas para:

• Que los alumnos y profesores de todas las asignaturas relacionadas con el desarrollo de sistemas electrónicos basados en microprocesadores formen una comunidad que colabore de forma eficaz en el proceso de aprendizaje (por ejemplo, fomentando la participación en preguntas y respuestas, creando de forma colaborativa material docente, etc.).
• Que esa comunidad se extienda más allá del ámbito de las asignaturas, más allá de la Escuela, más allá de la Universidad, integrando redes sociales relacionadas con la programación de microprocesadores a escala mundial.
• Fomentar el estudio personal proporcionando herramientas fáciles de utilizar en casa y que simulen fielmente el entorno del laboratorio, manteniendo la conexión con la comunidad.
• Que los profesores sean capaces de medir y controlar el progreso de los alumnos incluso cuando trabajan desde casa, y también facilitar a los alumnos herramientas de auto-evaluación que les permita también a ellos medir y controlar su progreso.

Los objetivos concretos que nos planteamos son los siguientes:

OE1: Objetivo específico 1. Desarrollo colaborativo de material docente [OBJ2, OBJ5, OBJ7]

Con el nuevo enfoque docente, más proactivo y personal, basado en el trabajo individual y en equipo y no en clases teóricas, y centrada en el “hacer” más que en el “memorizar”, es necesario proporcionar herramientas a los alumnos y a los profesores para guiar, facilitar y validar el proceso de aprendizaje.

En la actualidad, las asignaturas masivas de electrónica basadas en proyectos, como LSED o LCEL de la Titulación de Ingeniero de Telecomunicación, tienen asignada cerca del doble de dedicación docente frente a asignaturas basadas en clase magistral, como CEAN o CEDG de la misma titulación, y además cuentan con el apoyo de un número importante de instructores. En particular, en LSED (y también en la asignatura de especialidad LSEL), una parte importante de este esfuerzo se debe a la resolución de grandes cantidades de problemas muy comunes sobre:

• el manejo de las herramientas de desarrollo,
• aspectos básicos de programación, y
• depuración básica de programas

Se propone como objetivo de este proyecto utilizar la experiencia previa de la comunidad para construir de forma colaborativa una ayuda contextual, estructurada por temas, que permita guiar a otros alumnos cuando se encuentren con las mismas dificultades.  Esta ayuda contextual seleccionará los temas a mostrar de forma automática, en función de los errores de compilación del entorno, la historia reciente de acciones sobre el entorno y el código de las ventanas abiertas.

De esta forma, los alumnos encuentran ayuda más fácilmente, todos los miembros de la comunidad colaboran en la mejora continua del material y los profesores pueden centrar su esfuerzo en aspectos formativos más importantes.

OE2: Objetivo específico 2. Monitorización del trabajo de los alumnos (progreso, calidad, copias) [OBJ2, OBJ5, OBJ7]

Este proyecto propone la integración de un sistema cooperativo de desarrollo de código, como Github, y algún sistema de listas, como Wunderlist o Toodledo, o incluso hojas de cálculo de Google Docs, que permitan planificar tareas y compartir la planificación entre los miembros del grupo de trabajo.  Esta información compartida será analizada de forma automática mediante:

• Herramientas de análisis estático de código, que permitan evaluar la calidad del código y muestren información al equipo docente para actuar en los aspectos clave.
• Herramientas de análisis de copias.  Estas herramientas ya se están utilizando y se trata de integrarlas en el procesado automático de la información compartida por todos los equipos de trabajo.
• Herramientas de análisis de repositorios, que permitan detectar dificultades, o alumnos con escasa participación.
• Banco de pruebas automático, que permita evaluar el progreso en la implementación de la funcionalidad pedida, como porcentaje de casos de prueba que pasan correctamente.

De esta forma, a la vez que se fomenta el trabajo personal del alumno y se le simplifica la colaboración con el resto de compañeros, el equipo docente puede tener una visión continua del estado de avance de los alumnos, pudiendo identificar rápidamente los problemas y facilitando la intervención.

OE3: Objetivo específico 3. Integración de un sistema de evaluación y auto-evaluación en el entorno de desarrollo.  [OBJ2, OBJ3, OBJ5, OBJ7, OBJ8]

Actualmente, la evaluación del trabajo de los alumnos en las asignaturas de sistemas electrónicos digitales basadas en proyectos requiere un esfuerzo muy importante por parte del equipo docente.  Por ello, los alumnos solo reciben realimentación sobre su trabajo una o dos veces durante el desarrollo del curso.  Sin embargo, basándose en bancos de prueba automáticos y su integración con las herramientas de monitorización del trabajo previamente descritas, el alumno puede recibir una realimentación continua de su trabajo.

Por otra parte, las mismas herramientas pueden ser configuradas para poder poner ejercicios prácticos de evaluación automática o semi-automática a alumnos concretos o a grupos de alumnos.

De esta forma, a la vez que el alumno mejora su realimentación del trabajo que realiza, algo fundamental en el EEES, el esfuerzo de evaluación se reduciría significativamente puesto que la mayor parte se realizaría de forma automática.

OE4: Objetivo específico 4. Integración de redes sociales (StackOverflow, Babelias, WikiHow). [OBJ2, OBJ3, OBJ7]

Las redes sociales abren numerosas posibilidades para mejorar significativamente los resultados del proceso de aprendizaje.  La comunidad centrada en el aula que colabora en el proceso de aprendizaje ahora se abre a todo el mundo, eliminando barreras temporales y espaciales.  El objetivo es integrar a los alumnos de forma automática en redes sociales que puedan contribuir a su formación, y fomentar su participación.  En este caso se propone utilizar StackOverflow, la mayor red social centrada en la programación.  Otra red a considerar es Babelias, una copia de StackOverflow en español.   También queremos integrar WikiHow como mecanismo para crear material docente de forma colaborativa, fomentando la colaboración con otras universidades.

De esta forma, se fomenta el auto-aprendizaje y el uso productivo de redes sociales abiertas para compartir experiencias e inquietudes y también para obtener información de calidad de forma rápida.  Los sistemas de reputación de estas redes contribuyen a que la información que se obtenga sea de calidad.

1. Desarrollo cooperativo de material docente [OE1]
   1. Integración de FAQ-O-Matic u otro sistema colaborativo de preguntas/respuestas
   2. Integración de WikiHow

Duración estimada: 1 mes

Resultado: Entorno de desarrollo apto para su instalación en los laboratorios docentes del Departamento, con capacidades para la generación colaborativa de documentación (preguntas frecuentes y pequeños manuales de uso).  Este entorno se experimentará en las asignaturas Sistemas Empotrados y Laboratorio de Sistemas Electrónicos del Master Universitario en Ingeniería de Sistemas Electrónicos.

2. Sistema de evaluación y auto-evaluación [OE2, OE3]
   1. Entorno de desarrollo integrado con Github y banco de pruebas automático.
   2. Gestión de ejercicios
   3. Monitorización del trabajo
   4. Integración de herramientas de análisis de código, análisis de copias y evaluación automática

Duración estimada: 3 meses

Resultado: Entorno de desarrollo apto para su instalación en los laboratorios docentes del Departamento, con capacidades para el envío de ejercicios por alumno y por grupo, y su evaluación semi-automática.  Este entorno se experimentará en las asignaturas Sistemas Empotrados y Laboratorio de Sistemas Electrónicos del Master Universitario en Ingeniería de Sistemas Electrónicos.

3. Integración de red social StackOverflow y/o Babelias [OE4]
   1. Plugin de Eclipse para integrar StackOverflow y/o Babelias
   2. Monitorización de la participación de los alumnos

Duración estimada: 3 meses

Resultado: Entorno de desarrollo apto para su instalación en los laboratorios docentes del Departamento, facilitando el uso de redes sociales como StackOverflow y/o Babelias para hacer preguntas o contestar preguntas de otros compañeros, y la monitorización de esta actividad por parte del equipo docente.  Este entorno se experimentará en las asignaturas Ingeniería de Sistemas Electrónicos (quinto), Laboratorio de Sistemas Electrónicos (quinto) y en un grupo especial del Laboratorio de Sistemas Electrónicos Digitales (tercero).

4. Despliegue [OE1, OE2, OE3, OE4]
   1. CD con las herramientas preconfiguradas y con auto-arranque
   2. Experiencia piloto con LSEL y LSED

Duración estimada: 2 meses

Resultado: Entorno de desarrollo, basado en simulación, apto para que los alumnos lo utilicen en casa para realizar las prácticas, siendo monitorizada toda la actividad por el equipo docente de las asignaturas.  Este entorno se experimentará en las asignaturas Ingeniería de Sistemas Electrónicos (quinto), Laboratorio de Sistemas Electrónicos (quinto) y en un grupo especial del Laboratorio de Sistemas Electrónicos Digitales (tercero).

5. Evaluación y refinamiento [OE1, OE2, OE3, OE4]

Duración estimada: 3 meses

Resultado: Resultados de la evaluación cuantitativa y cualitativa del entorno de desarrollo y las mejoras que consigue en el proceso de aprendizaje.  Entorno de desarrollo apto para que los alumnos lo utilicen en casa para realizar las prácticas en todas las asignaturas masivas de sistemas electrónicos basados en microprocesador.

Durante el primer cuatrimestre se desarrollarán los prototipos para poder implantar la metodología en grupos experimentales del segundo cuatrimestre.  Se espera disponer de prototipos previos con funcionalidad reducida para ser experimentados en varias asignaturas del primer cuatrimestre, con objeto de obtener realimentación de los alumnos.

Se proponen las siguientes métricas y encuestas para evaluar el progreso y el resultado final de este proyecto:

Creación de comunidad que colabora en el proceso de aprendizaje:

• Número de preguntas y respuestas realizadas por los alumnos en las redes sociales de programación. [OBJ5, OBJ7, OE4]

• Número de preguntas y respuestas en las que participan los alumnos para la lista de preguntas frecuentes generada de forma semi-automática. [OBJ2, OE1]

• Número de documentos nuevos y modificados en los que participan alumnos en WikiHow. [OBJ2, OE1]

• Encuestas a los alumnos y profesores de LSED, ISEL, LSEL. [OBJ2, OBJ3, OBJ7, OBJ8]

Eficacia del proceso de aprendizaje y su control

• Evolución del número de cambios en los repositorios Github. [OBJ3, OBJ7, OE2, OE3]

• Evolución de las métricas de calidad de software evaluadas automáticamente en los repositorios Github.  [OBJ3, OBJ7, OE2, OE3]

• Evolución del número de pruebas que pasan en el banco de pruebas automático.  [OBJ3, OBJ7, OE2, OE3]

• Pequeños ejercicios de evaluación automática en la mitad del curso y al final de LSED.  [OBJ3, OBJ7, OE2, OE3]

• Encuestas a los alumnos y profesores en LSED, ISEL, LSEL.  [OBJ3, OBJ7, OBJ8, OE2, OE3]

Eficacia de la función docente del equipo de profesores

• Tiempo dedicado por los profesores del grupo experimental de LSED a la evaluación, frente al que le dedican los demás profesores de LSED que no participan en la experiencia.  [OBJ2, OBJ3, OE3]

• Encuestas a los profesores en LSED, ISEL, LSEL.  [OBJ2, OBJ3, OE3]

El plan previsto de difusión de resultados contempla como líneas de actuación:

• Envío al final del proyecto de una comunicación a alguna revista de impacto, como Transactions on Education (IEEE) o Computers & Education (Elsevier).

• Inclusión en la página Web desarrollada de la información generada: manuales, guías, publicaciones, etc.

• Generación de referencias al trabajo realizado desde las páginas Web tanto del Departamento de Ingeniería Electrónica como desde las páginas de las asignaturas involucradas.

• Redacción y envío de artículos a congresos nacionales e internacionales de reconocido prestigio como por ejemplo:

  • Tecnologías Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica, TAEE.

  • Congreso Universitario de Innovación Educativa en las Enseñanzas Técnicas.

  • Jornadas de Innovación Docente aplicada a las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (ID+TIC).

  • Congreso Iberoamericano de Docencia Universitaria (CIDU).

  • Simposio Internacional de Informática Educativa (SIIE).

  • FIE, Frontiers in Education.

• Realización de presentaciones en reuniones internas de la UPM, del tipo de las INECE, en las que se presentó un trabajo previo del grupo GRIDS en 2008.