Esta propuesta de proyecto de innovación educativa tiene como objetivo redefinir el planteamiento docente de la asignatura Entornos Virtuales Inteligentes: Arquitecturas, Tecnologías y Aplicaciones, que se imparte en el Máster Universitario en Software y Sistemas, en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Informáticos, centrándolo en un enfoque de Aprendizaje Basado en la Investigación (ABI). Esta asignatura se imparte también como optativa de segundo año en el Master Universitario en Innovación Digital, en la especialidad de Human Computer Interaction and Design (HCID). Consta de 4 ECTS y se imparte durante el semestre septiembre-enero, reuniendo en un mismo aula a los alumnos procedentes de ambos másteres, lo que hace que el alumnado presente preferentemente dos perfiles diferentes, con un grupo de alumnos de perfil más técnico e interesados por los aspectos tecnológicos, y otro grupo de alumnos con un perfil más social e interesados por los aspectos referentes a la interacción entre personas y sistemas informáticos.

El Aprendizaje Basado en Investigación (ABI), en inglés Research Based Learning, consiste en ofrecer a los estudiantes la posibilidad de realizar o participar en procesos de investigación, aplicando la metodología para comprobar o no la veracidad de una hipótesis, para dar respuesta a un problema o para responder a una pregunta planteada, acompañándoles y supervisando todo el proceso.

De las cuatro vías de trabajo para acercar la investigación a los estudiantes propuestas por Griffinths (2004) y Healey y Jenkins (2009), se va a adoptar en este proyecto un enfoque de Enseñanza basada en la investigación (research-based), donde los estudiantes son investigadores y se llevan a cabo investigaciones e indagaciones. Para ello será necesario en cierta medida introducir contenidos de Enseñanza orientada a la investigación (research-oriented), destinados a que el alumno conozca y desarrolle las habilidades y técnicas de investigación necesarias, y para provocar su interés por la investigación.

Actualmente, la asignatura requiere que los alumnos realicen dos tipos de trabajos:

• Un trabajo de investigación individual en el que cada alumno elige un tópico, de entre una lista de temas de interés proporcionada por los profesores, y debe realizar una búsqueda de publicaciones científicas relacionadas, lectura, análisis, y síntesis crítica, generando como resultado un informe de unas 15 páginas que además se debe presentar y defender oralmente en clase.
• Un trabajo práctico también individual en el que cada alumno debe desarrollar unos proyectos de realidad virtual y de realidad aumentada, aplicando las tecnologías que se presentan en el curso, llegando de esta manera a apreciar las dificultades y retos asociados a la construcción de este tipo de sistemas.

Como se puede apreciar, en la actualidad la asignatura en cuestión aplica un enfoque de Enseñanza basada en la investigación guiada (research-led), donde el foco está en aprender sobre los resultados de la investigación actual en una materia o disciplina, con pequeñas pinceladas de Enseñanza orientada a la investigación (research-oriented), en cuanto el alumno debe sintetizar y evaluar de forma crítica el estado de la cuestión.

Esta propuesta pretende conseguir un mayor grado de entrelazamiento entre ambos trabajos, de forma que los contenidos teóricos y conocimientos científicos más avanzados propios de la disciplina no sólo se aprendan a través de la bibliografía, sino que además se pongan en práctica en sistemas concretos, y se evalúen con una mirada de investigador.

Lo que se plantea sería organizar a los alumnos en cuatro grupos. Dos de los grupos llevarían a cabo una investigación en torno al tema "Interacción" y los otros dos en torno al tema "Guiado".

• En la primera pareja (Interacción), un grupo trabajaría con "seguimiento ocular" y el otro con "interacción por voz".
• En la segunda pareja (Guiado), un grupo trabajaría con "acompañamiento" y el otro con "descripción verbal".

De esta forma, deberán realizar primeramente un trabajo de investigación similar al que se realiza actualmente, aunque con menos libertad en la elección de tópicos, ya que deberán estar centrados en la temática compartida como grupo. Así, por ejemplo, los alumnos del grupo "Interacción" podrían elegir un tópico de entre una lista de opciones como la siguiente:

• Seguimiento ocular de usuarios con autismo en entornos virtuales
• "Foveated rendering" en entornos virtuales
• Manejo del "toque de Midas" en entornos virtuales
• Interacción por voz para navegación en entornos virtuales
• Interacción por voz para manipulación de objetos en entornos virtuales
• Interacción por voz con agentes virtuales inteligentes
• etc.

De cara al trabajo práctico, la idea consiste en que haya una parte de desarrollo común a todos los alumnos, y que adicionalmente se plantee un problema que cada grupo deberá resolver de una manera diferente. Por ejemplo, el subgrupo de "Interacción - Seguimiento ocular" deberá implementar una técnica de selección de objetos mediante seguimiento ocular, mientras que el subgrupo de "Interacción - Interacción por voz" implementará una técnica de selección de objetos mediante comandos de voz. El subgrupo de "Guiado - Acompañamiento" implementará un agente virtual capaz de acompañar al usuario a través del espacio virtual para guiarle hasta un cierto punto de destino, mientras que el subgrupo "Guiado - Descripción verbal" dotará al agente virtual de la capacidad de generar descripciones verbales que expliquen al usuario cómo llegar desde el punto en que se encuentra hasta el punto de destino.

Una vez finalizada la implementación del trabajo práctico, los alumnos de cada grupo diseñarán y llevarán a cabo un pequeño "experimento" para comparar las dos opciones de solución a un mismo problema. Cada grupo realizará un experimento en el que participarán como usuarios los miembros del otro grupo. Conjuntamente elaborarán un informe del trabajo experimental realizado.

Este planteamiento podría llegar a suponer un incremento significativo en el esfuerzo necesario por parte del estudiante para superar la asignatura, ya que en principio se complica el trabajo práctico, que tendrá un alcance mayor que el que tiene actualmente, y se añade un trabajo experimental que en la actualidad no se realiza. Para que el planteamiento sea factible sin impacto en el esfuerzo total asociado a la asignatura, se proponen las siguientes estrategias:

• En primer lugar, los trabajos (de investigación, de desarrollo práctico, y experimental) se van a realizar en grupos, mientras que antes se realizaban todos los trabajos individualmente.
• En segundo lugar, proponemos elaborar un conjunto de recursos y componentes que los estudiantes puedan reutilizar e integrar fácilmente con sus desarrollos, y que resuelvan gran parte de la complejidad asociada a los sistemas a desarrollar.

Por ello, aprovechando que la asignatura se imparte a partir de septiembre, en este proyecto de innovación educativa se plantea una primera fase en la que nos dedicaremos a elaborar los mencionados recursos y componentes, y una segunda fase en la que aplicaremos este planteamiento y utilizaremos los recursos y componentes elaborados, durante la impartición de la asignatura en el curso 2024-2025.

Este proyecto de innovación educativa tiene dos grandes objetivos:

1. Redefinir el planteamiento docente de la asignatura Entornos Virtuales Inteligentes: Arquitecturas, Tecnologías y Aplicaciones, profundizando en el enfoque de Aprendizaje Basado en Investigación (ABI), para que de esta manera los estudiantes puedan alcanzar las competencias asociadas a la asignatura de una manera más sólida.
2. Desarrollar un conjunto de recursos y componentes que serán facilitados a los estudiantes como soporte para el desarrollo de sus trabajos prácticos. Estos componentes permitirán que los trabajos a desarrollar por los estudiantes tengan un alcance mayor del que se podría alcanzar partiendo desde cero, haciendo factible que en estos trabajos prácticos se aborden problemas significativos para la investigación.

La propuesta puede contribuir a la mejora de resultados académicos.

La asignatura Entornos Virtuales Inteligentes: Arquitecturas, Tecnologías y Aplicaciones contribuye a la adquisición de algunas competencias del Máster Universitario en Software y Sistemas que claramente tienen una vinculación estrecha con la investigación, en concreto:

CEM1 - Identificar, a partir del estado de la cuestión, la presencia de problemas de investigación relacionados con la concepción, la construcción, el uso y la evaluación de sistemas sociotécnicos complejos que hagan un uso intensivo de software

CEM9 - Evaluar las tecnologías más innovadoras para la interacción persona-ordenador y juzgar de manera crítica las aportaciones a los problemas de investigación relacionados

CG8 - Planteamiento y resolución de problemas también en áreas nuevas y emergentes de su disciplina

CG9 - Aplicación de los métodos de resolución de problemas más recientes o innovadores y que puedan implicar el uso de otras disciplinas

CGI20 - Adquirir conocimientos científicos avanzados del campo de la informática que le permitan generar nuevas ideas dentro de una línea de investigación.

CGI23 - Capacidad de leer y comprender publicaciones dentro de su ámbito de estudio/investigación, así como su catalogación y valor científico

Resulta, pues, evidente, que un enfoque de Aprendizaje Basado en la Investigación permitirá a los alumnos adquirir las competencias anteriores de una manera más sólida.

También se espera contribuir a un incremento en la satisfacción de los alumnos con la asignatura.

FASE 1: PREPARACIÓN DE MATERIALES Y RECURSOS

DURACIÓN: Enero-julio 2024

DESCRIPCIÓN: Para que el proyecto de aprendizaje basado en la investigación pueda llevarse a cabo durante el primer semestre del curso 2024-2025, será necesario desarrollar previamente una serie de materiales y recursos que se facilitarán a los alumnos.

ACCIONES:

1.1. Desarrollo de recursos para el seguimiento de la mirada

1.2. Desarrollo de recursos para la interacción por voz

1.3. Desarrollo de recursos para la navegación acompañada por un tutor virtual inteligente

1.4. Desarrollo de recursos para la generación de indicaciones verbales para la localización de objetos

1.5. Desarrollo de manuales de instrucciones para la integración de los recursos

1.6. Preparación de un entorno de pruebas y evaluación para los proyectos de los alumnos

1.7. Registro de propiedad intelectual para los componentes software desarrollados

FASE 2: EJECUCIÓN DEL PROYECTO DE APRENDIZAJE BASADO EN LA INVESTIGACIÓN

DURACIÓN: Septiembre-diciembre 2024

DESCRIPCIÓN: Durante esta fase los alumnos matriculados en la asignatura realizarán el proyecto de aprendizaje basado en la investigación, utilizando los materiales y recursos proporcionados, y guiados por el profesorado de la asignatura.

ACCIONES:

2.1. Supervisión de los trabajos de investigación centrados en tópicos de interés

2.2. Supervisión de los trabajos prácticos, proporcionando apoyo para el uso de los recursos y manuales elaborados en la fase 1

2.3. Supervisión de los trabajos experimentales

FASE 3: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Y DIFUSIÓN

DURACIÓN: Enero-Abril 2025

DESCRIPCIÓN: Una vez finalizado el semestre, el profesorado de la asignatura realizará un análisis de los resultados obtenidos, y se elaborarán artículos para la difusión de dichos resultados.

ACCIONES:

3.1. Análisis del proceso, identificación de dificultades y propuesta de mejoras futuras

3.2. Análisis de los resultados, impacto sobre el aprendizaje y satisfacción

3.3. Redacción de artículos e informes para difusión de la experiencia

Durante la fase de preparación de materiales y recursos, el seguimiento del proyecto se llevará a cabo mediante reuniones bi-semanales de los integrantes del proyecto en las que se analizará el grado de avance y se planificará el trabajo subsiguiente.

Cada miembro del equipo asumirá dos responsabilidades:

• Liderar el desarrollo de alguno(s) de los recursos y materiales
• Supervisar la calidad de otros recursos y materiales

El proceso será cíclico, hasta conseguir que los recursos y materiales elaborados tengan un nivel de calidad satisfactorio.

Durante la fase de ejecución del proyecto, se recogerán datos y evidencias que nos permitan después hacer un buen análisis de los resultados. En concreto, se recogerán:

• Registros de actividad de los equipos
• Datos de evaluación de las actividades y productos generados por los estudiantes
• Uso de foros y otros canales para plantear dudas y problemas
• Cuestionarios de satisfacción

Las evidencias de logro que se aportarán en la memoria final del proyecto son las siguientes:

• Recursos y materiales elaborados durante la primera fase
• Trabajos de investigación realizados por los estudiantes
• Proyectos prácticos desarrollados por los estudiantes
• Informe preliminar de análisis del proceso

En el momento de la finalización de este proyecto de innovación educativa no se espera tener aún todos los resultados previstos, ya que la asignatura finalizará en enero de 2025, y la fase 3 de análisis y difusión se ejecutará posteriormente, ya en 2025. Otros resultados previstos posteriores a la finalización del PIE son los siguientes:

• Informes que reportan la experimentación realizada por los estudiantes
• Cuestionarios de satisfacción completados por los estudiantes
• Análisis final del proceso
• Análisis final de los resultados
• Artículos e informes para difusión de la experiencia

Los productos tangibles resultantes del proyecto son los siguientes:

• Recursos para integrar el seguimiento de la mirada en un entorno virtual
• Recursos para integrar la interacción por voz en un entorno virtual
• Recursos para la navegación acompañada por un tutor virtual inteligente
• Recursos para la generación de indicaciones verbales para la localización de objetos
• Manuales de instrucciones para la integración de los recursos en los proyectos de los estudiantes
• Entorno de pruebas y evaluación para los proyectos de los estudiantes
• Informes y artículos para difundir la experiencia de Aprendizaje Basado en la Investigación

Los informes y artículos, por su propia naturaleza, están orientados a la transferencia interna y externa de información acerca de la experiencia.

Todos los demás recursos y manuales podrían transferirse fácilmente a cualquier otra asignatura en la que el objetivo sea el aprendizaje sobre las tecnologías de realidad virtual y en particular donde el estudiante deba adquirir competencias de desarrollo de sistemas.

En concreto, los profesores participantes en este PIE imparten otra asignatura denominada Sistemas Interactivos, en el Máster Universitario en Ingeniería Informática, donde también se trabajan competencias de desarrollo de entornos virtuales. Las competencias relevantes en dicha asignatura son las siguientes:

CE14 - Capacidad para conceptualizar, diseñar, desarrollar y evaluar la interacción persona-ordenador de productos, sistemas, aplicaciones y servicios informáticos.

CE15 - Capacidad para la creación y explotación de entornos virtuales, y para la creación, gestión y distribución de contenidos multimedia.

Si la experiencia de este PIE es satisfactoria, nos planteamos extender este enfoque y reutilizar estos recursos en dicha asignatura, lo que aumentaría el impacto en unos 30 estudiantes adicionales.

La información sobre el proyecto se divulgará a través de varios canales:

• Página web del laboratorio Madrid HCI Lab, sede del Grupo de Investigación en Interacción Persona Ordenador y Sistemas Interactivos Avanzados, al que pertenecen los profesores participantes en este PIE.
• Noticia para su difusión en la UPM
• Presentación del proyecto en las Jornadas de Innovación Educativa de la UPM

En lo que respecta a la difusión científica, se propone hacer una publicación de los resultados en alguna de las siguientes revistas JCR:

1. COMPUTERS & EDUCATION : Q1 COMPUTER SCIENCE, INTERDISCIPLINARY APPLICATIONS
2. IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION: Q2 EDUCATION, SCIENTIFIC DISCIPLINES

Este proyecto de innovación educativa nace en el seno del Grupo de Investigación en Interacción Persona Ordenador y Sistemas Interactivos Avanzados, al que pertenecen los profesores participantes, que tiene su sede en el laboratorio Madrid HCI Lab, situado en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Informáticos.

Su desarrollo requiere de la colaboración activa de este grupo de investigación, dado que los recursos y componentes que se pretende elaborar para su uso por parte de los estudiantes derivan directamente de resultados de investigación previos de dicho grupo, y se apoyarán sobre las tecnologías desarrolladas anteriormente por dicho grupo en el contexto de proyectos de investigación. Sin este conocimiento y resultados previos no sería factible llevar a cabo este proyecto.

Además, se pondrá el Laboratorio Madrid HCI Lab y parte de su equipamiento a disposición del PIE. En concreto, la tarea 1.6 Preparación de un entorno de pruebas y evaluación para los proyectos de los alumnos, consistirá en preparar dentro del Laboratorio un espacio donde los grupos de estudiantes dispondrán de acceso a un ordenador de alta gama, con la infraestructura de software necesaria, un casco de realidad virtual HTC Vive Pro Eye dotado de la capacidad de seguimiento ocular, dos controladores para la interacción con el sistema, y un sistema de posicionamiento SteamVR, así como micrófono y altavoces.

Se programarán una serie de tramos temporales en los cuales los grupos podrán acceder al Laboratorio para realizar pruebas técnicas de funcionamiento de los sistemas que están desarrollando. Igualmente, se programarán tramos temporales, al finalizar el desarrollo, para la ejecución de sus experimentos con usuarios.