La gamificación es una técnica de enseñanza basada en la filosofía del juego, la cual tiene la gran ventaja de resultar altamente motivadora para los alumnos. En ella, se trasladan las mecánicas habitualmente relacionadas al juego al ámbito educativo, promoviendo que los alumnos aprendan de manera autónoma mediante la resolución de problemas, recibiendo cierto incentivo como recompensa. En este proyecto, se plantea trasladar esta filosofía de aprendizaje a dos disciplinas pertenecientes a la ingeniería informática: la verificación y validación de software y el desarrollo de modelos de razonamiento. Este proyecto, además de abordar la verificación y validación de software general en una asignatura de nivel de grado, tratará la verificación y validación de sistemas de inteligencia artificial dentro de una asignatura de máster en biología computacional. La dependencia de la sociedad en los sistemas de IA es cada vez mayor, por lo que el testado exhaustivo de este software es crítico y la UPM destaca en la formación de profesionales en este ámbito.

El motivo de seleccionar dos asignaturas pertenecientes a diferentes niveles educativos y con distintos niveles de complejidad servirá para ilustrar y evaluar la transversalidad del método propuesto en el presente proyecto. El presente proyecto plantea la realización de la parte práctica de ambas asignaturas mediante la división de la misma en niveles, los cuales corresponderán a la resolución de una parte de la práctica de la asignatura en la cual el objetivo de los alumnos será obtener la mayor puntuación posible. Al final de cada hito, se proporcionará el ránking de puntuaciones, o score board a los alumnos, lo que espera fomente no sólo la competitividad entre ellos sino la cooperación. Además, estos niveles van evolucionando en grado de dificultad, de manera similar a como se haría en un juego, partiendo desde lo más trivial hasta lo más complejo.

En concreto, el presente PIE propone la división de la práctica de la asignatura en diferentes niveles de dificultad, planteados de manera incremental. Por ejemplo, en la asignatura de Verificación y Validación, se podría usar este planteamiento para la realización de las prácticas de la asignatura. Para ello, se podría dividir la práctica en los siguientes niveles, ordenados según su complejidad.

• Nivel 1: En el primer nivel, se plantea la detección de errores en el código. Para ello, podrán usar las técnicas de análisis que consideren.
• Nivel 2: En el segundo nivel, se plantea la depuración de dichos errores. Para ello, los estudiantes deberán escribir el código necesario para asegurar que la funcionalidad se cumpla.
• Nivel 3: En el tercer nivel, realizarán las pruebas de análisis de ‘caja blanca’ de dicho código, garantizando la máxima cobertura del mismo y la mayor eficiencia de código.
• Nivel 4: En el cuarto nivel, se realizarán las pruebas de integración del sistema. Para ello, los estudiantes podrán seguir la estrategia que deseen.
• Nivel 5: En el último nivel, se realizarán las pruebas de sistema. Para ello, se aportarán una serie de requisitos mínimos funcionales y no funcionales que debe cubrir el sistema. Debe garantizarse que todos queden cubiertos.

De manera similar, en el caso de la asignatura de Representación y Adquisición del Conocimiento, donde la práctica podría consistir en crear un modelo de diagnóstico médico, se podrían considerar los siguientes niveles:

• Nivel 1: En el primer nivel, se encargará a los alumnos realizar todas las tareas que consideren necesarias para la limpieza y preprocesado del conjunto de datos.
• Nivel 2: En el segundo nivel, los alumnos generarán un sistema de reglas para diagnóstico, por ejemplo, similares a las generadas por MYCIN.
• Nivel 3: En el tercer nivel, se generará un modelo usando algoritmos básicos de aprendizaje automático, a elegir por los alumnos (por ejemplo: árbol de decisión, redes bayesianas, etc.)
• Nivel 4: En el siguiente nivel, se empleará un sistema de razonamiento basado en casos para la resolución del problema.
• Nivel 5: En el quinto y último nivel, los alumnos podrán emplear algoritmos de aprendizaje automático profundo, donde deberán incluir además algún tipo de mecanismo que garantice cierto grado de explicabilidad sobre los resultados.

La descripción realizada en este punto para los niveles es orientativa, pudiendo ser modificada tanto como sea necesario para mantener la correspondencia con el temario impartido, si este es modificado.

Como se ha mencionado previamente, al final de cada nivel se presentará un score board indicando qué puntuación ha obtenido cada alumno en cada reto. Asimismo, existirá una clasificación general donde se guarde el acumulado de puntos obtenido por cada alumno al final de cada nivel. Adicionalmente y, como motivación externa para la participación, se premiará a los primeros clasificados en el ránking con unas tazas personalizadas, así como otros posibles premios de índole similar.

El PIE propuesto contribuye a la mejora de la motivación y los resultados de aprendizaje de los estudiantes, ya que replantea la parte práctica de la asignatura como un juego, lo cual resulta más atractivo y motivador para el estudiantado.

El objetivo principal de este proyecto es mejorar la calidad del aprendizaje de los estudiantes, así como incrementar su capacidad de resolución de problemas. Asimismo, se espera que este proyecto fomente aptitudes como la colaboración entre alumnos o la autonomía.

Para la consecución de este objetivo principal, se proponen los siguientes objetivos específicos:

• Mejorar la capacidad de resolución de problemas de los alumnos en el ámbito de la ingeniería del software y la inteligencia artificial.
• Mejorar la capacidad de aprendizaje autónomo de los estudiantes.
• Motivar el aprendizaje y la participación de los alumnos en la asignatura gracias a la ludificación.
• Afianzar los conocimientos impartidos en las asignaturas mediante la realización de una práctica transversal a la asignatura donde éstas se evalúen mediante niveles de juego.

En toda titulación, existen ciertas asignaturas que pueden resultar particularmente arduas para los estudiantes, bien debido a la complejidad del temario impartido o bien por la carga de trabajo que dicha asignatura requiere. Esto se traduce muchas veces en un abandono de la asignatura y una reducción de la asistencia a clase, lo que repercute negativamente en la tasa de aprobados en la asignatura.

En el caso de la asignatura de Verificación y Validación, la tasa de aprobados es del 80%, la cual si bien es una tasa razonable, es una de las más bajas del curso. Similarmente, llama la atención que sólo un único alumno obtuviera la calificación de sobresaliente en la misma.

Con el presente PIE, se pretende aumentar la motivación de los alumnos en el aprendizaje de la asignatura, lo que idealmente se traducirá en una disminución del número de no presentados, un aumento de la tasa de aprobados y un incremento en el número de sobresalientes.

En la asignatura de Representación y Adquisición de Conocimiento, donde las tasas de aprobados son cercanas al 100%, se buscará mejorar la satisfacción de los estudiantes en el seguimiento de la asignatura. Si bien el número de aprobados es casi total, existen frecuentes quejas por parte de los alumnos referentes a la carga de trabajo y por el número de entregas a realizar. Se espera que la gamificación haga más atractivo el seguimiento de esta asignatura, reduciendo consecuentemente el número de críticas acerca de este aspecto en las encuestas docentes

El proyecto se divide en tres tareas principales, que serán abordadas de la siguiente manera:

T1. Preparación y diseño de la gamificación educativa:
• Elección del tema y niveles específicos para la gamificación en las asignaturas de Verificación y Validación, así como Representación y Adquisición del Conocimiento.
• Preparación de las actividades de gamificación y la infraestructura necesaria para implementar la propuesta en ambas asignaturas.
• Presentación y explicación del proyecto de innovación educativa a los estudiantes de ambas asignaturas.
T2. Ejecución y evaluación de la propuesta:
• Implementación y desarrollo de la práctica gamificada por parte de los estudiantes.
• Recopilación de datos y encuestas de satisfacción para evaluar la efectividad de la gamificación en ambas asignaturas.
• Análisis de los resultados obtenidos, identificando áreas de mejora y ajustes necesarios en el proceso de aprendizaje enriquecido con gamificación.
T3. Diseminación y análisis de impacto del proyecto:
• Elaboración de informes y artículos científicos que reflejen los resultados y hallazgos obtenidos mediante la implementación de la gamificación en las asignaturas de grado y máster.
• Análisis exhaustivo del impacto de la gamificación en las tasas de aprobación, participación y desempeño de los estudiantes en ambas asignaturas.
• Preparación de la memoria final del proyecto, resumiendo los logros obtenidos, y divulgación de los resultados en conferencias de ciencias de la educación.

El seguimiento del proyecto se realizará mediante reuniones mensuales entre los integrantes del PIE, donde se debatirán las impresiones a tiempo real del proyecto y las posibles mejoras o modificaciones ad hoc a realizar en los distintos niveles de acuerdo a las observaciones realizadas.

El éxito de la propuesta se medirá de acuerdo a dos indicadores. Por una parte, a los resultados obtenidos en las encuestas de satisfacción del proyecto realizadas a los alumnos. En esta encuesta, se plantearán una serie de preguntas a puntuar en una escala de 1 a 5. Las preguntas serán del tipo: “considero que esta actividad ha contribuido satisfactoriamente a mi adquisición de competencias”, “en general, considero útil la realización de esta actividad”. Esto nos proporcionará una evaluación cualitativa del proyecto, lo que motivará su implantación en los años consecutivos, así como dará referencias de aquellos puntos a mejorar.

Adicionalmente, se comprobará el impacto del proyecto en la tasa de aprobados, presentados y sobresalientes de la asignatura. Se espera reducir la tasa de no presentados por debajo del 5% (actualmente en torno al 8%), y aumentar la tasa de aprobados al 85%. Similarmente, se espera que incremente el número de alumnos con calificación de sobresaliente en la asignatura. En la asignatura de Representación y Adquisición de Conocimiento, donde las tasas de aprobados son cercanas al 100%, se buscará mejorar la satisfacción de los estudiantes en el seguimiento de la asignatura. Si bien el aprobado es casi total, sí que hay quejas frecuentes por la carga de trabajo y el número de entregas a realizar en el máster de biología computacional. Se espera que la gamificación educativa haga más atractivo el seguimiento de esta asignatura.

El producto resultante será una guía de como aplicar la técnica de gamificación propuesta en diferentes asignaturas y niveles educativos. Además, se empleará Moodle para facilitar la implementación de la propuesta y facilitar su reutilización, valiéndose de las herramientas contenidas en la misma como las insignias.

Se pretende que este producto sea lo más genérico posible, a fin de que pueda ser fácilmente adaptable y aplicable a diferentes asignaturas.

Se pretende presentar los resultados del PIE mediante un artículo científico, el cual se prevé presentar en un congreso de innovación educativa de alta relevancia.

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