La enseñanza práctica de determinados aspectos de la Ingeniería Electrónica requiere, en muchos casos, el uso de placas de desarrollo y dispositivos específicos. Dichos componentes suelen presentar un reto desde el punto de vista docente por dos razones:

1. El coste unitario es demasiado elevado como para que el alumno pueda tenerlos siempre a su disposición. Por tanto, se tiene un acceso limitado bien porque no le es posible adquirirlos o bien porque en los laboratorios no hay una cantidad tal que haga asumible el que pueda llevárselos a casa.

2. Las herramientas de diseño que deben ser utilizadas son las mismas que se usan a nivel profesional, lo que hace prácticamente imposible que el alumno pueda adquirir conocimientos de carácter práctico sin que el profesor esté encima de manera continua.

Además, los nuevos contextos educativos que han aparecido en los últimos años, especialmente aquellos derivados de la pandemia de COVID-19, dificultan todavía más una enseñanza que no deja de ser eminentemente práctica como es la del diseño electrónico digital y de sistemas embebidos.

En este marco, desde la Unidad Docente de Ingeniería Electrónica del Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial de la ETSI Industriales se decidió implementar una experiencia piloto de laboratorio remoto para a) hacer accesible el hardware de prácticas a los alumnos incluso en situaciones de no presencialidad y b) permitir el aprendizaje y el desarrollo de las prácticas en modalidad online en formato de aula (semi)invertida. Dicha experiencia piloto, que tuvo muy buena acogida por parte de los alumnos (así aparece recogido en las encuestas docentes) y que se implementó en la asignatura de Electrónica Digital del Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales, presenta grandes carencias. Por ejemplo, al haber invertido únicamente parte de la práctica (manteniendo otra parte que debía ser realizada junto con el profesor), se detectó que muchos de los alumnos no traían preparada la primera mitad, lo que dificultaba mucho el desarrollo de la segunda. Además, la implementación rudimentaria de la infraestructura de laboratorio remoto originó situaciones recurrentes de disponibilidad limitada por problemas o bien del hardware o de la propia red.

Teniendo en cuenta este contexto, y habida cuenta de los problemas detectados previamente, este proyecto de Innovación Educativa se centra en dos aspectos fundamentales:

1. Creación de un laboratorio remoto para el diseño de sistemas digitales embebidos: extensión de la infraestructura prototipo, que actualmente sólo soporta las prácticas de diseño digital básico, para dar cabida a las prácticas de varias de las asignaturas impartidas por la Unidad Docente de Ingeniería Electrónica.

2. Inversión completa de las prácticas de varias asignaturas de diseño de sistemas digitales embebidos: preparación del material de prácticas necesario (guiones, vídeos, material de soporte, etc.) para poder invertir completamente y de manera satisfactoria las prácticas de diseño digital, diseño de sistemas mixtos hardware/software y diseño de sistemas de procesamiento embebido.

Los objetivos fundamentales que se persiguen con este proyecto son los detallados a continuación:

1. Proporcionar a los alumnos de diversas asignaturas de diseño de sistemas digitales embebidos una infraestructura de aprendizaje que se encuentre disponible 24/7 y que sea accesible desde cualquier sitio con conexión a internet, de manera que pueda ser usada no sólo para desarrollar las prácticas de las asignaturas de manera independiente sino también como mecanismo de refuerzo y validación de los conceptos teóricos que se vean en las clases en el aula.

2. Establecer nuevas metodologías docentes para fomentar el aprendizaje de las competencias asociadas al diseño de sistemas digitales embebidos utilizando un enfoque de aula invertida, de manera que el alumno se centre en la adquisición de conocimientos y no en la mecanización en el uso de las herramientas de diseño.

A la vista de los resultados obtenidos mediante la experiencia piloto y de los comentarios positivos recibidos por parte de los alumnos a través de las encuestas de evaluación docente (anónimas), se considera que la implementación de las propuestas contenidas en este proyecto tendría un impacto altamente significativo no sólo en la calidad del aprendizaje por parte del alumno (reflejado por ejemplo en la capacidad de probar de manera práctica y evaluar todos y cada uno de los diseños y/o sistemas que se explican en las clases de teoría) sino también en el tiempo dedicado por el mismo para la adquisición de los conocimientos y competencias correspondientes (una vez aprendida la metodología de diseño y despliegue de los diseños y/o sistemas sobre la infraestructura del laboratorio remoto, los alumnos serán capaces de aplicarla de manera eficiente para cualquier nuevo elemento que aparezca en el temario o fuera de él.

[FASE 1] Puesta a punto de la infraestructura de laboratorio remoto

- Adquisición de los componentes adicionales necesarios (p.ej. placas de desarrollo para desarrollo de sistemas mixtos hardware/software o de sistemas de procesamiento embebido).

- Actualización de la capa software en el servidor de la infraestructura de laboratorio remoto (incluyendo un mecanismo sencillo, escalable y replicable para dar de alta y baja a los alumnos de cada asignatura sin tener que reiniciar el servidor).

- Validación de la infraestructura de laboratorio remoto (NOTA: esta tarea se realizará de manera solapada con la preparación de guiones en la FASE 2).

[FASE 2] Generación de los nuevos materiales de prácticas invertidas

- Preparación de guiones de prácticas para el seguimiento y la correcta realización de las mismas.

- Preparación de vídeos de apoyo a los guiones de prácticas para ver, paso a paso, cómo realizar cada una de las prácticas.

[FASE 3] Implantación de la nueva metodología de aula invertida para las prácticas de las asignaturas de diseño de sistemas embebidos digitales seleccionadas (en algún caso puede coincidir que esta tarea se lleve a cabo en el próximo curso académico)

De cara a realizar un correcto seguimiento y una posterior evaluación del proyecto, se propone la contratación de un alumno para ayudar en el desarrollo tanto de la FASE 1 como de la FASE 2 mencionadas anteriormente. Así, el seguimiento se realizará mediante reuniones periódicas (cada 1-2 semanas) entre los profesores involucrados en las distintas asignaturas que participan en este proyecto, de manera que sea posible detectar posibles desviaciones en el desarrollo del mismo.

Respecto a la evaluación del proyecto, se optará por plantear la implantación parcial en el curso académico correspondiente una vez se hayan finalizado la FASE 1 y la FASE 2, de manera que se pueda contar con un o varios grupos de control que realicen las prácticas en el formato tradicional mientras que el resto lo hace con la metodología de aula invertida propuesta. Se encuestará de manera anónima a los componentes de ambos grupos para comprobar su grado de satisfacción con el aprendizaje y los conceptos y competencias adquiridos. En base a los resultados obtenidos en dichas encuestas, se valorará la publicación de la experiencia en un congreso o revista de temática docente.

Los principales productos resultantes de este proyecto serán los siguientes:

- Infraestructura de laboratorio remoto para diseño de sistemas embebidos digitales.

- Guiones de prácticas invertidas para diversas asignaturas de diseño de sistemas embebidos digitales.

- Vídeos de apoyo para la realización de dichas prácticas.

Se prevé que tanto los guiones como los vídeos de apoyo puedan ser adoptados por otras escuelas de la Universidad siempre y cuando los consideren adecuados a sus planes de estudios (en la actualidad ya pasa con algunos de los vídeos desarrollados por la Unidad Docente y durante la pandemia de COVID-19 para otras asignaturas).

Se valorará, en base a los resultados obtenidos tras el proceso de validación y evaluación de las propuestas de este proyecto, la escritura de un artículo de naturaleza docente. Dicho artículo tendrá como objetivo una conferencia o revista relevante para maximizar la difusión de los resultados obtenidos.

Además, se realizará un white paper y se colgará una noticia de la página del Centro de Electrónica Industrial, dada la estrecha relación de los profesores promotores de este proyecto y dicho centro de investigación de la UPM.

Se prevé establecer una colaboración con las distintas actividades de investigación que se llevan a cabo en el Centro de Electrónica Industrial. En concreto, se evaluará la posibilidad de emplear la infraestructura de laboratorio remoto como banco de pruebas para los distintos estudiantes de Trabajo Fin de Grado/Máster que se encuentren en ese momento trabajando con sistemas embebidos digitales.