El pilar fundamental del grupo de innovación educativa (GIE) “Educational Innovation in Chemical Engineering (EIChE)” es el desarrollo de actividades y herramientas que favorezcan el aprendizaje activo y motivacional de los estudiantes de las titulaciones de Grado y Máster en Ingeniería Química (GIQ y MIQ). El resultado de estas actividades se traduce en estudiantes con mayor interés y más motivados por las diferentes asignaturas, lo cual redunda en una mejora del proceso enseñanza-aprendizaje.

En este contexto, se propone el desarrollo de este proyecto de innovación educativa, cuyo objetivo final es el diseño, implementación y evaluación de actividades de gamificación en diferentes asignaturas. De forma más concreta, se persigue la aplicación de juegos serios (serious games) en asignaturas del MIQ, entendidos aquellos como juegos que han sido elaborados de forma cuidadosa y dirigida, cuyo fin principal no es el entretenimiento, sino que tienen un marcado propósito educativo. Sin embargo, estos juegos mantienen elementos de los juegos tradicionales tales como reglas, premios, niveles, tableros, etc.

Son numerosos los trabajos existentes en la literatura que demuestran que la aplicación de estas actividades en el entorno académico tiene un efecto positivo sobre la mejora de la motivación de los estudiantes, tanto de la intrínseca (entendida como la realización de una actividad por la satisfacción propia) como de la extrínseca (basada en recompensas y agentes externos). En este sentido, un efecto positivo sobre la motivación intrínseca es especialmente deseable, ya que repercute más favorablemente sobre el desempeño académico de los alumnos que la motivación extrínseca. Es decir, cuando un estudiante se involucra en una actividad por el mero hecho de su satisfacción personal, tiende a percibir esa actividad como más gratificante y estimulante, lo cual repercute a su vez en un mayor compromiso y esfuerzo hacia esa actividad.  

Una de las principales teorías que describen cuantitativa y cualitativamente la motivación, sus componentes y la relación entre ellas es la Self Determination Theory (SDT). Esta teoría sugiere que se tienen que satisfacer tres necesidades psicológicas para la mejora de la motivación: autonomía, competencia y relación con los demás. Lo anterior se traduce en que para elaborar una actividad de gamificación motivante los jugadores deben tener autonomía y control sobre sus acciones, con la creencia de que tienen competencia suficiente para conseguir las tareas. Todo ello es la base sobre la que se fundamentan las actividades propuestas en este proyecto.

Por otra parte, la implementación de estas actividades se realizará de forma secuencial y jerárquica, de acuerdo con los aspectos específicos de cada asignatura, tales como las competencias que se trabajan, el curso en el que se imparten, las actividades existentes y la planificación temporal, entre otros factores. El estudio y la selección del juego más adecuado para cada asignatura es de gran relevancia, puesto que diferentes tipos de juegos permiten trabajar competencias distintas de acuerdo con el nivel cognitivo de la taxonomía de Bloom (figura 1).

Figura 1. Relación de los juegos propuestos, los niveles cognitivos de la taxonomía de Bloom y las actividades realizadas en cada actividad

Las asignaturas que participarán en este proyecto, y en las que se realizarán las actividades de gamificación, son “Optimización de Procesos” y “Operaciones con Sólidos” de primer curso de MIQ. Estas asignaturas se han seleccionado debido a que son asignaturas de nivel de máster, en las que los estudiantes realizan actividades más aplicadas y se trabajan competencias relacionadas con creatividad, análisis, aplicación, etc. Las asignaturas son impartidas y coordinadas por miembros del GIE con lo cual se garantiza la implementación de la metodología en las mismas. Aunque las anteriores son las asignaturas en las que se aplicarán los juegos serios desarrollados, existen otras íntimamente relacionadas con la propuesta, destacando “Control de Procesos” de GIQ. Esta asignatura ha sido un caso de éxito para el GIE, ya que la aplicación de estas metodologías activas y lúdicas ha dado lugar a una mejora significativa de los resultados académicos de los estudiantes y, sobre todo, de su motivación hacia la asignatura. Por ello, las actividades previamente desarrolladas en ella suponen una base de experiencia de gran valor, que garantiza el éxito del presente proyecto de innovación educativa. Los detalles del trabajo realizado en esta asignatura están publicados en Rodríguez, M., Díaz, I., Gonzalez, E. J., & González-Miquel, M. (2018). Motivational active learning: An integrated approach to teaching and learning process control. Education for Chemical Engineers, 24, 7–12. https://doi.org/10.1016/j.ece.2018.06.003.

Las actividades finalmente desarrolladas en cada asignatura serán el resultado de un diseño detallado de acuerdo con la realidad de cada una de ellas; combinando desde actividades sencillas y de poca complejidad, muy dirigidas por los profesores y que permitirán trabajar, por ejemplo, el grado de comprensión de algunos conceptos, hasta juegos más globales y complejos. El fin de estos últimos será trabajar competencias de los niveles más altos de la taxonomía de Bloom y enfrentarán a los alumnos al reto de tener que definir nuevos problemas, o encontrar nuevas soluciones, en función del conocimiento previo adquirido.

Entre las actividades más sencillas destacan, por ejemplo, las competiciones basadas en la realización de crucigramas (sopas de letras, palabras cruzadas, etc.) o métodos más novedosos como las tarjetas plickers (https://get.plickers.com/) o bancos de preguntas en Wooclap. “Operaciones con Sólidos” es una asignatura que se beneficiaría mucho de este tipo de actividades, ya que en ella se trabajan un alto número de conceptos diferentes que, en muchos casos, cuesta adquirir o que los alumnos confunden.

En relación con las actividades de mayor complejidad, relacionadas con los niveles cognitivos más altos de la taxonomía de Bloom, una de las actividades más interesantes son los Escape Room, los cuales se basan en encontrar una “salida” en un tiempo determinado a base de resolver problemas de diferente complejidad y que no son fácilmente identificables a priori. En este proyecto se explorará tanto la versión física tradicional de los Escape Room, como la versión virtual, por ejemplo, mediante el desarrollo de aplicaciones en el entorno renpy (https://www.renpy.org/). La asignatura “Optimización de Procesos” es una asignatura candidata ideal para su puesta en marcha, ya que a lo largo de los años los profesores han identificado que la formulación de problemas de optimización algebraica es una competencia que a los alumnos les cuesta adquirir con soltura. Además, debido al tipo de contenido, se pueden diseñar retos individuales basados en problemas matemáticos de complejidad modulable, que los alumnos tengan que formular y resolver, y que finalmente les permitan obtener la salida del Escape Room.

Por último, cabe destacar el enfoque abierto de la propuesta; es decir, se espera crear un marco de desarrollo de juegos serios que pueda ser extensible, adaptable y reutilizable para otras asignaturas de GIQ y MIQ, tanto de la Universidad Politécnica de Madrid como de otras universidades. En este sentido, colaboran en este proyecto profesores del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Complutense de Madrid los cuales están interesados en la aplicación de los juegos desarrollados en las asignaturas similares de sus titulaciones de GIQ y MIQ. 

El objetivo principal del proyecto es “aplicar la metodología de gamificación en las asignaturas “Operaciones con Sólidos y Optimización de Procesos del MIQ para la mejora de la motivación de los estudiantes”.

Para lograr este objetivo general será necesario, a su vez, la consecución de los siguientes subobjetivos:

OBJ 1. Búsqueda bibliográfica y estado del arte: selección de experiencias previas.

OBJ 2. Diseñar, desarrollar, implementar y evaluar actividades basadas en juegos serios en las diferentes asignaturas.

OBJ 3. Documentar y elaborar el material necesario para adaptar y/o reutilizar los juegos desarrollados en otras asignaturas de GIQ y MIQ, tanto en la Universidad Politécnica de Madrid como en otras universidades.

OBJ 4. Mejorar la adquisición de competencias relativas a creatividad, resolución de problemas, utilización de herramientas informáticas y trabajo en equipo.

OBJ 5. Favorecer la participación e incrementar la motivación e interés de los alumnos.

La aplicación de metodologías basadas en gamificación contribuirá a la mejora de los resultados desde tres enfoques:

• Enfoque competencial: el desarrollo de nuevas actividades que permitan reforzar conceptos de la asignatura redundará en una mejor asimilación de conocimientos y una mejor comprensión de estos. Además, la realización del Escape Room se espera que repercuta positivamente en competencias relativas a creatividad, resolución de problemas y trabajo en equipo.  
• Enfoque motivacional: un aumento de la motivación, especialmente intrínseca, de los alumnos está demostrado que tiene un efecto positivo sobre el aprendizaje significativo por parte de los estudiantes.

Enfoque de comportamiento: se espera que la aplicación de juegos serios mejore aspectos individuales relacionados con la implicación de los estudiantes o su participación en clase, por ejemplo. Además, debido a la interacción social necesaria en los juegos, se prevé también una mejora del clima del aula y un mejor trabajo en equipo por parte de los diferentes grupos.

Fase I. Reuniones iniciales con los profesores de las asignaturas involucradas para analizar las necesidades de estas y los objetivos de los juegos propuestos.  (mes 1-2)

Fase II. Búsqueda bibliográfica e identificación de experiencias similares que puedan ser utilizadas como referencia para el diseño de nuevos juegos.

Fase II. Selección y diseño de los juegos a aplicar en las diferentes asignaturas. Determinación de los objetivos, contenido, materiales, reglas, retroalimentación, puntuación, etc. (mes 3)

Fase III. Fabricación de los juegos, puesta en marcha y test previos con grupo piloto. Elaboración de la documentación necesaria (mes 4-5).

Fase IV. Implementación de los juegos en las asignaturas. Medida de indicadores de desempeño y análisis de aplicación en otras asignaturas (mes 6-9).

Seguimiento: Reuniones periódicas de seguimiento con los profesores implicados para discutir el avance de las actividades y resolver los problemas surgidos. Una vez desarrollados cada uno de los juegos se realizará una prueba piloto con profesores, investigadores y otro personal del grupo para evaluar su complejidad y detectar aspectos de mejora. Reunión final con estudiantes para la evaluación cualitativa de la actividad a fin de mejorarla para cursos posteriores.

Evaluación: Se evaluará de acuerdo con el desempeño de los estudiantes y la retroalimentación recibida de estos. Se realizarán encuestas después de las actividades de forma que permitan evaluar la mejora de la motivación y el aprendizaje en los estudiantes. La elaboración de los diferentes juegos y la documentación asociada serán las evidencias de la consecución del PIE.

Como resultado del proyecto de innovación educativa se dispondrá del siguiente material:

• Revisión del estado del arte de juegos serios aplicados en el ámbito de la ingeniería química.
• Juegos sencillos para el trabajo de conceptos en diferentes asignaturas.
• Escape Room para el trabajo de competencias de alto nivel.
• Guía metodológica para la aplicación de juegos serios en diferentes asignaturas de GIQ y MIQ.

Todo el material desarrollado se realizará con un enfoque abierto y podrá ser perfectamente transferido a otras asignaturas tanto de la Universidad Politécnica de Madrid como de otras entidades. En este sentido, será de gran valor las opiniones y sugerencias vertidas por los colaboradores de la Universidad Complutense de Madrid.

Dada la trayectoria del grupo en los últimos años, en los que se han publicado un número importante de artículos sobre educación y se han presentado numerosas contribuciones a congresos. La divulgación prevista para este PIE incluye:

• 1 publicación en congreso
• 1 artículo científico

1 noticia para difusión en la UPM

En los últimos años, se ha colaborado en materia docente de forma muy intensa con el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Complutense de Madrid, lo cual se ha plasmado en tres publicaciones sobre educación y cuatro proyectos de innovación educativa conjuntos:

• Araceli Rodriguez, Eduardo Diez, Ismael Diaz, Jose M. Gómez (2019) “Catching the attention of Z generation Chemical Engineering students for Particle Technology”, Journal of Formative Design in Learning, Pages: 1-12.
• Juan Carlos Dominguez, Ruben Miranda, Emilio J Gonzalez, Mercedes Oliet y Maria Virgina Alonso (2018) “A virtual lab as a complement to traditional hands-on labs: Characterization of an alkaline electrolyzer for hydrogen production”, Education for Chemical Engineers, Pages 7-17).
• J.C. Domínguez, M.V. Alonso, E.J. González M.I. Guijarro R. Miranda, M. Oliet, V. Rigual, J.M. Toledo,M.M. Villar-Chavero, P. Yustos (2021). “Teaching chemical engineering using Jupyter notebook: Problem generators and lecturing tolos”, Education for Chemical Engineers, Pages 1-1

En el Desarrollo de este proyecto se cuenta con los profesores Araceli Rodriguez y Eduardo Diez como colaborades externos para analizar la aplicabilidad de los materiales desarrollados a la asignatura “Operaciones con Sólidos” del GIQ impartido en la Universidad Complutense de Madrid.