Introducción

Una de las más importantes misiones de la Universidad Politécnica de Madrid es la formación docente de ingenieros, preparándolos para poder afrontar los retos a los que se encontrarán en su carrera profesional.

Teniendo en cuenta la duración de los  planes  de  estudios actuales (Grado: 8 semestres), la formación que recibe el alumnado debe suscribirse al propio área de la técnica que cursa, llegando a ser auténticos especialistas en la misma.

Tampoco se debe dejar de lado la más que necesaria colaboración entre los distintos especialistas (de diferentes áreas de conocimientos, formando equipos multidisciplinares) para la realización de proyectos de cierta envergadura. Los problemas a resolver se ven beneficiados con esta filosofía de trabajo al ser enunciados los objetivos y las posibles soluciones por especialistas en cada campo y el debate que se genera para la resolución satisfactoria de los mismos entre los diferentes expertos.

Es innegable el beneficio docente que puede aportar al alumnado de la universidad esta visión más completa de la vida real, uniendo las diferentes perspectivas que pueden aportarse. 

En este contexto, deben buscarse soluciones que formen parte de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, intentando maximizar el número de objetivos enunciados por Naciones Unidas, considerando que no todos ellos alcanzan la misma relevancia en todas las disciplinas, sin embargo, la formación docente en este aspecto se puede ver sesgada dependiendo del área técnica cursada por cada alumno. Por esta razón, es conveniente combinar puntos de vista y enriquecerse de perspectivas multidisciplinares.

Descripción

El presente proyecto se enmarca dentro de la metodología Aprendizaje Basado en Retos (ABR), donde se les plantea un reto (instalación de un sistema de riego inteligente aplicado a un huerto urbano) a los alumnos pertenecientes a las asignaturas que figuran más abajo. Este proyecto pretende ser un desafío amplio y real, bajo la tutela de profesores de la ETSIAAB y de profesores de la ETSISI y dentro de las asignaturas que imparten han establecido un nexo común, donde los alumnos que cursan estas materias puedan formar parte de un desarrollo integral de competencias y habilidades mediante el trabajo en grupo, ya que ninguno de forma individual es un experto, pero de forma conjunta surge un proyecto sinérgico e integrador con un enfoque multidisciplinar.

Las asignaturas que forman parte del proyecto son:

• Sistemas y Tecnología del Riego y del Drenaje. Grado en Ingeniería Agrícola (ETSIAAB).
• Sistemas Basados en Computador. Grado en Ingeniería de Computadores (ETSISI).
• Análisis y desarrollo estratégico de empresas. Grado en Sistemas de la Información (ETSISI).

Se establecerán grupos de cuatro alumnos dentro de cada asignatura con un portavoz responsable por cada grupo.

Posteriormente formaría un macrogrupo formado por 1 grupo por cada una de las asignaturas, del tal forma que se establezca un macrogrupo de 12 componentes en total. Este macrogrupo será mixto y con carácter multidisciplinar, donde la colaboración entre ellos es vital a la hora de resolver el reto.

 A continuación se establece un sistema de comunicación entre los grupos de las 3 asignaturas , que es el Sharepoint, donde los alumnos ponen en común los avances realizados y van subiendo las tareas programadas que los tutores (los profesores de las asignaturas) les proponen para secuenciar el avance del proyecto.

De esta forma, al finalizar el proyecto quedará la evidencia de un documento entregable para valoración del profesor dentro de cada asignatura y que sirva como parte de la nota final de cada alumno.

El proyecto finaliza con la instalación por parte de cada macrogrupo de un sistema de huerto urbano en forma de jardinera digital, donde se han estudiado aspectos:

• Agronómicos:
  • Elección del material vegetal a plantar.
  • Estudio de necesidades de la planta:
    • Lumínicas.
    • Agua.
    • Nutrientes.
    • Sustrato.
    • Ambientales.
  • Implementación del sistema de riego.
• Informáticos:
  • Elección de sensores.
  • Actuadores.
  • Software necesario.
  • Procedimientos.
  • Bases de datos e IoT.
  • Visualización de resultados.
• Económico:
  • Análisis estratégico
  • Marketing.
  • Viabilidad.
  • Explotación del producto.

Todo este proyecto lo deben de correlacionar y situar acorde a la Agenda 2030 y sus Objetivos de Desarrollo Sostenible (www.agenda2030.gob.es), donde desarrollarán las metas dentro de cada objetivo como puedan ser: el uso óptimo del agua, energía, etc.

• Aprendizaje por parte del alumnado al proponerles un reto común intercentros, desarrollando la metodología Design Thinking para la resolución del proyecto propuesto, fomentando la creatividad, innovación y la co-creación entre sus integrantes.

     Para la consecución de este objetivo, los alumnos deberán empatizar entre ellos, entender el alcance del reto propuesto, ingeniar soluciones, así como idear prototipos, evaluarlos y testearlos.

• Making. Aprendizaje de los alumnos poniendo práctica e instalando el prototipo de solución a la que han llegado, tutelada por los profesores expertos en la materia.

• Promover un aprendizaje vivencial y experiencial, de relación entre alumnos y profesores intercentros dentro de la propia UPM.
• Estimular el pensamiento crítico, la creatividad e ingenio para resolver problemas en el marco del reto que se les presenta.
• Desarrollo de la planificación y organización dentro de los grupos.

• El objeto del proyecto es educar al alumnado y empleados del Campus UPM para que tomen conciencia acerca de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la UNESCO, implementando para ello una jardinera digital por cada macrogrupo de estudiantes que además de ser tecnológicamente factibe, debe ser sostenible y cumplir las metas fijadas en los ODS sobre los que más incida el proyecto (www.agenda2030.gob.es).

La principal contribución a la calidad de la enseñanza es el aprendizaje eminentemente práctico dentro del alcance del reto propuesto y definido a través de las asignaturas implicadas que forman parte de distintos departamentos dentro de la UPM, así como de distintos Centros.

El alumno vive el reto como parte de una experiencia personal y dentro de un grupo, donde la visión de otros componentes del grupo a va tener un efecto de amplitud de miras y de fomento del conocimiento, gracias también a la tutela de los profesores implicados, que son los que dirigen este aprendizaje, pero desde un punto de vista abierto, ya que el profesor no sólo enseña, sino que el alumno aprende a partir de las necesidades que le son sobrevenidas propias del reto en sí y en la que necesitará contar con otros agentes, como son empresas que se dediquen a algún aspecto del proyecto, así como la ayuda de profesionales del sector.

Mediante el reto propuesto, el alumno con las bases y conocimientos adquiridos durante la carrera, los aplican de una manera transversal y le dan sentido a las enseñanzas que se estudian en forma de asignaturas que de otra forma podrían quedar como paquetes aislados de información.

Se fomenta tanto el pensamiento crítico como el pensamiento creativo, así como el aumento de la motivación por parte del alumnado al proponer soluciones reales e integradoras de conocimiento que van a tener que necesitar en su vida profesional posterior.

Existe un desarrollo de competencias sociales, tales como la empatía, cooperación e implicación en el reto propuesto.

Desarrollo de la autonomía y autoestima en la responsabilidad en la búsqueda de soluciones a aportar al equipo de trabajo.

Aceptación de los errores y del fracaso como parte del proceso de aprendizaje.

Este proyecto tiene su comienzo en el primer semestre del curso 2019-2020 en el que se ha realizado el proceso de idealización y diseño de los maceteros sostenibles para ser implementados en 2020. Con esta propuesta se pretende llevar a la práctica la instalación física de las jardineras contando con los estudios realizados. Para ello se plantean las siguientes fases del proyecto:

• Elección de la especie vegetal a plantar. Los alumnos de la asignatura de Sistemas y Tecnología del Riego, con los conocimientos adquiridos en la carrera así como con el asesoramiento de los profesores, elegirán una u otra especie en función de criterios amplios donde entran aspectos de personales, técnicos así como los ODS de la Agenda 2030.
• Identificación de necesidades agronómicas. Determinación de las necesidades de la planta en cuanto a luz, agua, nutrientes y sustrato, así como su caracterización.
• Elección de sensores y actuadores a utilizar en el proyecto. De forma grupal se eligen los sensores que se van a necesitar para hacer un seguimiento de la evolución óptima de planta, como pueden ser el sensor de humedad de suelo, temperatura, humedad relativa, presostatos, caudalímetro, etc. y ya después, entre los distintos tipos de sensores que existen en el mercado se elige el sensor óptimo de forma consensuada entre los integrantes del macrogrupo formado por los grupos de las asignaturas implicadas. De la misma forma se trabaja para identificar los actuadores del sistema.
• Conceptualización la parte digital del reto. De forma grupal y tutelada se intentará buscar la solución más adecuada al problema encontrado. En esta fase las TIC juegan un papel muy importante para la investigación y la búsqueda de información, teniendo en cuenta los siguientes requisitos:
  • Ser un Sistema Basado en Computador. Un SBC es un conjunto de elementos que funciona conjuntamente para la obtención de un objetivo. Los elementos forman un sistema que es controlado por un computador. Los elementos que conforman el sistema son:
    • Software. Programas de computadora o Hardware. Dispositivo electrónico (p. ej. computador, sensores, actuadores).
    • Personas. Operadores y usuarios. 
    • Procedimientos. Pasos que definen el uso específico de cada elemento del sistema.
    • Bases de datos. Recopilación de la información para su explotación (temperatura, humedad, luz, producción, caudal de riego). Trazabilidad, monitorización y control. Dashboard de analíticas. Big data.
    • Documentación. Información descriptiva del uso y operación del sistema.
  • Ser una arquitectura basada en IoT (Internet of Things) IoT se refiere a una interconexión digital de objetos cotidianos con internet y con personas. Las primeras investigaciones fueron en el campo de la identificación por radiofrecuencia en red (RFID) y tecnologías de sensores. Si plantas, los sensores (de temperatura, humedad, luz, …), cámaras, caudalímetros y etcétera, estuvieran conectados a internet y equipados con dispositivos de identificación, se ahorraría mucho en electricidad, agua, polución, cuidados y por tanto también en coste de cultivo. 
  • Focalizarse el sistema atendiendo a la observancia de los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas 2015-2030 y al cumplimiento de las metas fijadas en los ODS sobre los que más incida el proyecto (www.agenda2030.gob.es).

• Implementación de la parte digital. Preinstalación. Una vez identificado el sistema digital del reto, se procede a ir realizando la programación de cada uno de los sensores así como su proceso lógico para que los actuadores del sistema funcionen cuando vayan a ser instalados.

• Instalación del prototipo. Se probará la eficacia de la solución escogida en el reto propuesto, de tal forma que el macrogrupo tendrá que hacer la instalación hidráulica así como la colocación de sensores y actuadores para que el sistema funcione correctamente.
• Evaluación de las competencias y habilidades adquiridas. Por medio de el trabajo final resumen que los alumnos tienen que entregar por asignatura así como del trabajo realizado a lo largo del proyecto.
• Difusión del trabajo. Se compartirán los resultados, dándoles difusión, mediante la documentación obligatoria que cada macrogrupo tiene que realizar, así como un vídeo resumen de todo el trabajo realizado en el proyecto.

También se propondrá la publicidad del proyecto en revistas de innovación educativo y/o congresos educacionales.

Para la consecución del presente proyecto, se va a necesitar distinto material que va a depender de los grupos de matrícula establecidos.

Como material necesario para el proyecto tendríamos que considerar las jardineras, sensores necesarios identificados como los de humedad de suelo, temperatura, etc. así como los actuadores como las válvulas motorizadas y electroválvulas.

También se necesitará distinto material para la consecución del circuito hidráulico del riego, como son las tuberías, goteros, microaspersores, etc.

Con respecto a la parte computacional, será necesario distinto material base como son placas protoboard, relés, módulos de comunicación ESP32, conversores analógico-digitales, etc.

Como material docente, cada grupo realizará un documento final compuesto de varias partes colaborativas que han ido redactando y subiendo al espacio común Sharepoint de la UPM y mediante la realización de al menos 2 vídeos, uno inicial estableciendo el alcance del proyecto y otro final con la solución ya instalada, que será promocionado en distintos medios como es youtube y dentro de los canales de difusión propios UPM.

El seguimiento del proyecto será mediante la tutela académica por parte de los profesores, así como de las evidencias que van a ir realizando los distintos grupos y que quedarán todas dentro de ese espacio común de trabajo que es el Sharepoint y que los profesores tenemos acceso a la evolución de este.

Los resultados serán evidenciados a través de entregables que los alumnos colgarán en ese espacio común, así como del funcionamiento del prototipo en su etapa final que será revisada por parte de los tutores.

También se pasará a los alumnos una encuesta que tienen que realizar obligatoriamente donde se evidencia tanto los logros obtenidos así como los impedimentos que observan a la hora de realizar el proyecto. Los datos obtenidos se analilzarán de una forma estadística para ver el grado de impacto que ha supuesto este tipo de formación en sus competencias y habilidades adquiridas mediante este sistema ABR.

Como producto resultante, el más evidente en sí es el propio trabajo de los grupos de estudiantes mediante la implementación del reto, instalación de un huerto inteligente, donde han tenido que dejar con su puesta en marcha de la instalación para que esta funcione y se vea de una forma real que este tipo de sistemas se pueden realizar y sean un acicate para que otros alumnos lo vean y puedan ver que ellos también son capaces de realizar retos similares.

Como material adicional estaría la elaboración de un vídeo divulgativo, donde los alumnos expliquen el proyecto propuesto.

Además, los alumnos deben de realizar un trabajo final compuesto de varias entregas donde explican cómo se han organizado y planificado, así como han descrito la solución al reto y su implicación con los Objetivos de Desarrollo Sostenible dentro de la Agenda 2030.

El material divulgativo resultante se publicará en algún congreso relevante de Innovación Educativa y los vídeos relativos al proceso de consecución del reto se intentará promocionarlos en distintos medios como es youtube y dentro de los canales de difusión propios UPM, así como en las páginas web de las propias Escuelas indicando la novedad del reto.

Con carácter interno a la UPM, interescuelas, ETSIAAB y ETSISI.

Número de Asignaturas: 3

• Sistemas y Tecnología del Riego y del Drenaje. Grado en Ingeniería Agrícola (ETSIAAB).
• Sistemas Basados en Computador. Grado en Ingeniería de Computadores (ETSISI).
• Análisis y desarrollo estratégico de empresas. Grado en Sistemas de la Información ( ETSISI).

Departamentos implicados: 3

• Ingeniería Agroforestal.
• Sistemas Informáticos.
• Ingeniería de Organización, Administración de Empresas y Estadística.

Titulaciones de Grado: 3

• Grado en Ingeniería Agrícola.
• Grado en Ingeniería de Computadores.
• Grado en Sistemas de la Información.

Centros de la UPM u otros: 2

• Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Sistemas Informáticos.
• Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas.

Como entidad externa:

Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos Agrícolas del Centro.