Información Proyectos I.E.



Rediseño de las metodologías docentes en asignaturas de Ciencia e Ingeniería de Materiales para promover el aprendizaje activo

Coordinador(a): DIEGO ALEJANDRO MORENO GOMEZ
Centro: E.T.S.I. INDUSTRIALES
Nivel: Nivel 1. Proyectos promovidos por los Grupos de Innovación Educativa (GIEs)
Línea: E1. Aula Invertida
Palabras clave:
  • Aprendizaje Activo
  • Aprendizaje Adaptativo
  • Aula Invertida-Flipped classroom
  • Autoaprendizaje-Aprendizaje Autónomo
  • Grado
  • Máster
Miembros de la comunidad UPM que lo componen
Nombre y apellidos Centro Plaza Email
MARIA PAZ PINILLA CEA E.T.S.I. NAVALES TITULAR UNIVERSIDAD paz.pinilla[at]upm[dot]es
JOSE MANUEL RUIZ ROMAN ETSI MINAS Y ENERGÍA CATEDRÁTICO UNIVERSIDAD josemanuel.ruizr[at]upm[dot]es
LUIS ENRIQUE GARCIA CAMBRONERO ETSI MINAS Y ENERGÍA CATEDRÁTICO UNIVERSIDAD luis.gcambronero[at]upm[dot]es
ANA MARIA GARCIA RUIZ E.T.S.I. INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD ana.garcia.ruiz[at]upm[dot]es
DIEGO ALEJANDRO MORENO GOMEZ E.T.S.I. INDUSTRIALES CATEDRÁTICO UNIVERSIDAD diego.moreno[at]upm[dot]es
JUAN CARLOS SUAREZ BERMEJO E.T.S.I. NAVALES CATEDRÁTICO UNIVERSIDAD juancarlos.suarez[at]upm[dot]es
LUIS LORENZO GUTIERREZ E.T.S. DE INGENIERÍA Y DISEÑO INDUSTRIAL TITULAR E.U. luis.lorenzo[at]upm[dot]es
PEDRO ARMISEN BOBO E.T.S. DE INGENIERÍA Y DISEÑO INDUSTRIAL TITULAR E.U. pedro.armisen[at]upm[dot]es
Mohammed Naffakh Cherradi-Hadi E.T.S.I. INDUSTRIALES OTROS UPM mohammed.naffakh[at]upm[dot]es
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El aprendizaje activo es uno de los conceptos claves para promover la enseñanza de la ingeniería en el siglo XXI, de manera que se mejore la preparación de los futuros profesionales a la hora de conseguir su plena autonomía en una formación que se extenderá a lo largo de toda su vida profesional, orientándolos hacia el trabajo colaborativo en equipo y poniendo el foco en la resolución de problemas más que en la adquisición de una extensa colección de conocimientos técnicos. El reto está en lograr que los alumnos conecten plenamente y se involucren activamente con el aprendizaje necesario para el desarrollo de nuevas capacidades y abandonen definitivamente el papel pasivo que a menudo adoptan como meros escuchantes de las lecciones magistrales de sus profesores. Es necesario buscar el aprendizaje activo por parte de los alumnos a la hora de realizar labores de aprendizaje que implican la asimilación de información, la discusión, la resolución de problemas, la redacción y presentación de resultados y la defensa de los mismos ante una audiencia crítica, con el propósito de hacer más eficiente el proceso de aprendizaje y desarrollo de capacidades que deben obtener de su paso por las aulas universitarias. La adquisición de conocimiento debe ser eficiente, efectiva e interesante para nuestros alumnos.

Por otra parte, nuestros alumnos llegan frecuentemente con una formación previa muy dispar, equipados con un nivel no homogéneo en disciplinas necesarias en la Ciencia y Tecnología de Materiales, tales como muestran sus capacidades en distintas disciplinas de ciencias (Matemáticas, Física, Química). Se puede ignorar este hecho o se puede intentar hacer algo proponiendo estrategias formativas encaminadas a atender las necesidades de los alumnos que más dificultades encuentran para ponerse a la altura del nivel medio del curso. Creemos que la metodología que propone el Aula Invertida puede ser efectiva a la hora de abordar estos problemas de aprendizaje, pues permite a cada alumno aprender a su propio ritmo y hacer hincapié en aquellas cuestiones donde sus propias carencias le suponen la necesidad de avanzar a un ritmo distinto al resto de compañeros.

El modelo pedagógico bajo esta denominación supone la inversión de la metodología de enseñanza tradicional en las aulas universitarias (también lo es en otros niveles educativos) para pasar de la lección magistral (lo que promueve la pasividad de los alumnos) al autoaprendizaje dirigido fuera del aula, apoyando y consolidando el aprendizaje en la discusión de los temas previamente trabajados con discusiones en grupo, en el aula, facilitadas por el profesor. Nuestra propuesta dentro de este PIE es la de preparar todo el material necesario para implantar la metodología del Aula Invertida en la docencia de asignaturas de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, concretamente en cuatro asignaturas correspondientes a cuatro planes de estudios distintos (tanto de grado como de máster) en cuatro Escuelas diferentes de la UPM:

  • ETS de Ingenieros Industriales
  • ETS de Ingeniería y Diseño Industrial
  • ETS de Ingenieros de Minas y Energía
  • ETS de Ingenieros Navales

Pretendemos medir la efectividad de este planteamiento, que proporciona a los alumnos una mayor flexibilidad para aprender a su propio ritmo, en un marco temporal limitado por la duración del semestre, siendo más responsables de su propio proceso de aprendizaje.

En este sentido, queremos seguir los pasos de importantes universidades tecnológicas, tales como la Escuela de Ingeniería de la Politécnica de Nanyang de Singapur, que recientemente se ha planteado implantar esta metodología del Aula Invertida en la redefinición de asignaturas de sus planes de estudios en Ciencia e Ingeniería de Materiales [E. Goh S. Mei, C. Keng Wah, Flipping the classroom: a module redesign to foster active learning in Materials Science, Proceedings of the 11th International CDIO Conference, Chengdu University of Information Technology, Chengdu, Sichuan, P.R. China, June 8-11, 2015], para poder seguir ocupando las primeras posiciones de los ranking universitarios internacionales.

Inicialmente, se plantearán 4 sesiones de Aula Invertida a lo largo de la duración del semestre (1 sesión cada 4 semanas, aproximadamente). De esta manera, combinando a lo largo del curso las clases basadas en la metodología tradicional con las sesiones de Aula Invertida, los alumnos podrán establecer un criterio comparativo entre la efectividad de uno y otro método pedagógico y será posible (como posteriormente se explica) el seguimiento y la evaluación de la consecución de los objetivos del PIE.

A la hora de planificar las sesiones de Aula Invertida, la principal consideración es la de decidir qué temas de cada asignatura son más apropiados para trabajarlos con la nueva metodología y cuáles se seguirán impartiendo (al menos en esta experiencia inicial) con la metodología tradicional. De los temas seleccionados se determinarán los objetivos de aprendizaje, las formas de evaluar la consecución de dichos objetivos, además de las tareas concretas que se realizarán fuera y dentro del aula. La cuarta sesión de Aula Invertida (última semana) no estará vinculada a un tema concreto de cada asignatura, más bien será una recapitulación global de toda la asignatura en cuestión.

La dificultad de las sesiones de Aula Invertida irá en aumento a lo largo del semestre. De esta manera, el alumno podrá adaptarse de una forma paulatina a esta nueva metodología de aprendizaje, preparándose para futuras experiencias a lo largo de su estudios. La primera de las tres sesiones (semana 3-4, dependiendo del Centro) tendrá un nivel de dificultad bajo y estará centrada en fomentar (dentro del tema propuesto) el aprendizaje en equipo. La segunda sesión (semana 7-8) supondrá una dificultad de aprendizaje media y se ocupará primordialmente de aplicación práctica de conceptos, sin descuidar el trabajo en equipo. La tercera sesión (semana 10-12) tendrá el nivel de dificultad más elevado y se planteará ya, a esas alturas del curso, como un aprendizaje basado en la resolución de casos realistas de ingeniería. La cuarta y última sesión (semana 14-16), como ya hemos dicho, tendrá un carácter de recapitulación e integración de todos los contenidos de cada signatura.

A la hora de implementar la metodología propuesta, una vez concluido el PIE, los alumnos de cada asignatura serán notificados con suficiente antelación de las fechas de celebración de las sesiones de Aula Invertida. Los materiales didácticos concernientes a dichas sesiones, para el tema seleccionado, serán accesibles desde ese momento a través de la página Moodle de cada asignatura. Los materiales incluirán diapositivas, videos cortos, materiales de lectura, pequeños test con autocorrección, etc. Los alumnos deberán trabajar sobre estos materiales fuera del aula, a su propio ritmo y con la dedicación que sea necesaria para cada uno dependiendo de sus antecedentes, y prepararlos antes de enfrentarse a la sesión de Aula Invertida con el profesor. Durante la sesión presencial en el aula, únicamente se dedicará el tiempo a realizar actividades de distinta naturaleza (problemas, caso de aplicación práctica, propuesta de nuevas soluciones o puntos de vista, etc.) y el profesor únicamente  actuará como un facilitador para que las actividades se vayan desarrollando dentro del aula, pero sin “impartir” nuevos contenidos en forma de lección magistral. Sigue existiendo la posibilidad de que los alumnos discutan con el profesor las dificultades individuales que han encontrado con el material de trabajo, durante sesiones individuales de tutoría presencial o telemática, pero durante la sesión de Aula Invertida solo se discutirán en grupo aquellas dificultades que el profesor ha detectado que son comunes a un porcentaje significativo de alumnos.

El trabajar conjuntamente sobre cuatro asignaturas de Ciencia e Ingeniería de Materiales, pertenecientes a planes de estudios distintos (de grado y máster) en cuatro Escuelas diferentes de la UPM, lejos de ser un inconveniente pensamos que puede ser una experiencia enriquecedora. La Ciencia e Ingeniería de Materiales es una disciplina transversal al área de ingenierías de producción industrial, en las que están enmarcadas las cuatro Escuelas participantes, y eso hace que los planteamientos generales sean válidos para cada una de las asignaturas elegidas como pilotos. Obviamente, será necesario realizar una preparación específica para cada una de las asignaturas, pero las discusiones entre miembros del GIE que ejercen su labor docente en distintas Escuelas puede ayudar a no dar por sentados muchos de los planteamientos que, implícitamente, aceptamos como inamovibles dentro de la metodología tradicional de la enseñanza universitaria.

OBJETIVOS DEL PROYECTO

Dentro del marco temporal de este PIE se pretende rediseñar la metodología docente de cuatro asignaturas de Ciencia e Ingeniería de Materiales, preparar los recursos y materiales docentes, además de establecer los sistemas y procedimientos de evaluación necesarios, para implantar la metodología del Aula Invertida en el siguiente curso académico al de finalización de este Proyecto de Innovación Educativa.

Específicamente, se pretenden alcanzar los siguientes objetivos, cuantificables y evaluables:

1.- Definir explícita y claramente cuáles son los resultados del proceso de aprendizaje que se desean alcanzar en cada asignatura. Con qué conocimientos y habilidades llega el alumno a cada asignatura y cual serán sus conocimientos y habilidades adquiridos a lo largo del semestre. Todo esto constituirá un documento para cada asignatura piloto.

2.- Preparar un procedimiento detallado sobre la manera en que se evaluará en qué grado cada alumno ha alcanzado los resultados previstos para cada una de las asignaturas. Este procedimiento de evaluación de las capacidades adquiridas constituirá un documento para cada asignatura piloto.

3.- Definir qué materiales docentes (videos, test de autoevaluación, lecturas complementarias, etc.) serán necesarios para que el alumno esté en condiciones de trabajar autónomamente sobre los temas que serán tratados en las sesiones de Aula Invertida y previamente a la realización de dichas sesiones en el aula. Todos estos materiales serán definidos con detalle en un documento para cada asignatura piloto.

4.- Diseñar una guía de actividades para realizar en el aula durante las sesiones previstas de Aula Invertida, que tengan en cuenta la preparación previa que ha de haber realizado cada alumno como autoaprendizaje (utilizando los materiales docentes puestos a su disposición) y considerando que el trabajo del profesor durante la sesión en el aula debe ser únicamente de facilitador y orientador.

5.- Proponer los procedimientos más adecuados para evaluar de forma científica el impacto que la metodología del Aula Invertida tiene sobre la adquisición de conocimientos y la consecución de resultados en el proceso de aprendizaje, comparando los resultados con aquellos temas que han sido trabajados con la metodología tradicional y considerando el histórico de cada asignatura.

CONTRIBUCIÓN A LA MEJORA DE LA CALIDAD

A la vista de la descripción proporcionada sobre la metodología propuesta, que habrá de ser desarrollada con todo detalle a lo largo de la duración del PIE, y de los objetivos que se pretenden alcanzar, los aspectos más relevantes de la calidad en el proceso de aprendizaje conducentes a la mejora de los resultados académicos de los alumnos son:

1.- Adaptar el aprendizaje a las circunstancias y antecedentes personales de cada alumno, pudiendo planificar individualmente el ritmo y duración de las tareas realizadas para abordar con mayores posibilidades de éxito las dificultades encontradas a lo largo del curso.

2.- Aumentar la responsabilidad del propio alumno en cuanto a los resultados obtenidos a lo largo de su proceso de aprendizaje. Se pretende involucrar más al alumno en el aumento de la eficacia de su esfuerzo y no descargar toda la responsabilidad en la “idoneidad” del profesor a la hora de transmitir conocimientos.

3.- Mostrar al alumno la necesidad de realizar un trabajo sostenido a lo largo del semestre, preparándole para organizar su tiempo y su trabajo fuera del aula, abandonando la idea de posponer hasta el último momento la responsabilidad del aprendizaje de cada asignatura.

4.- Promover las habilidades del alumno para trabajar en equipo, dentro y fuera del aula, como elemento indispensable para llevar a cabo tareas que individualmente le sobrepasan. Solo es posible aprender a trabajar en equipo si se constata a título personal que el trabajo en equipo nos proporciona algo adicional a lo que somos capaces de realizar en solitario.

5.- Avanzar con esta metodología hacia una verdadera evaluación continua del proceso de aprendizaje de los alumnos, que evite juzgar las capacidades adquiridas únicamente mediante la realización de una o varias pruebas puntuales (exámenes) que pueden desvirtuar notablemente las conclusiones que saca el profesor sobre los resultados de cada alumno y le conducen a una evaluación equivocada de su nivel aprendizaje.

ALCANCE Y PÚBLICO OBJETIVO AL QUE SE DIRIGE

Los centros implicados en el presente PIE son la  ETSI Industriales, ETS Ingeniería y Diseño Industrial, ETSI Minas y Energía, y ETSI Navales, con asignaturas pertenecientes al área de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica. Las Titulaciones y asignaturas implicadas son:

Centro

Titulación

Asignatura/ECTS/Tipo

Número de alumnos

ETS de Ingenieros de Minas y Energía

Grado en Ingeniería de Materiales

Materiales estructurales I- 5 ECTS - Obligatoria.

45-50 alumnos

ETS de Ingenieros Navales

Grado en Ingeniería Marítima

Materiales no estructurales y fluidos de máquinas - 3 ECTS - 4º curso, 7º semestre.

35-40 alumnos

ETS de Ingeniería y Diseño Industrial

Máster Universitario en Ingeniería en Diseño Industrial

Selección de materiales y procesos - 3 ECTS – 1º semestre.

30-35 alumnos

ETS de Ingenieros Industriales

Máster Universitario en Ingeniería Química

Biotecnología de materiales – 4,5 ECTS – Obligatoria, Itinerario Biotecnología.

10-15 alumnos

Los alumnos son estudiantes de titulaciones de últimos cursos de grado y de máster.

FASES DEL PROYECTO Y ACCIONES QUE SE VAN A DESARROLLAR

En cuanto a la metodología a seguir y a las fases que seguirá el PIE, de manera general se desarrollarán para cada una de las cuatro asignaturas que se tomarán como piloto de esta experiencia los siguientes bloques [Biggs, J. (2003). Teaching for Quality Learning at University. The Society for Research into Higher Education and Open University Press]:

1.- Formular explícitamente los resultados del proceso de aprendizaje: qué deberían ser capaces de realizar los alumnos como resultado de haber seguido cada asignatura.

2.- Diseñar la evaluación: qué deberían hacer los alumnos para demostrar que ellos han adquirido las competencias previstas como resultado del proceso de aprendizaje en cada asignatura.

3.- Diseñar las actividades: qué tareas deberán realizar los alumnos para alcanzar los objetivos de aprendizaje de cada una de las asignaturas.

Los resultados del proceso de aprendizaje para cada asignatura deben ser concretos, definidos teniendo en mente al alumno y sus necesidades, no solo considerando el contenido del programa de cada asignatura. Además, deberán ser resultados mesurables mediante pruebas objetivas.

Una vez establecidos los resultados que se pretenden alcanzar, se pasará a la definición de los procedimientos de evaluación. Las pruebas de evaluación tienen como propósito ayudar a los profesores a decidir si el alumno va alcanzado de forma efectiva los objetivos propuestos y al alumno a revisar sus progresos y ayudarle en la planificación del aprendizaje futuro.

En la tercera fase, una vez definidos los objetivos a conseguir como resultado del proceso de aprendizaje y la mejor manera de medir la consecución de dichos objetivos, se definirán de forma explícita las tareas a realizar por los alumnos dentro y fuera del aula. Genéricamente, cada tarea irá encaminada a uno de cuatro niveles de aprendizaje bien diferenciados: 1) conocer; 2) comprender; 3) aplicar; 4) analizar/evaluar/crear. Todos estos detalles para cada actividad propuesta deberán quedar documentados para cada asignatura.

Para cada una de las tres fases consideradas, se procederá definiendo en primer lugar los principios genéricos que serán aplicables a todas las asignaturas piloto que han sido elegidas para este Proyecto. Todas ellas son asignaturas de Ciencia y Tecnología de Materiales, encuadradas dentro de las tecnologías de producción industrial, y comparten, por tanto, una serie de características comunes que las hacen susceptibles de ser tratadas de la misma manera. Concretamente, en la fase 1 (Formular explícitamente los resultados del proceso de aprendizaje) se trabajará inicialmente sobre el tipo de resultados que se deben buscar en estas asignaturas de Materiales, sin entrar en las especificidades de cada asignatura. Posteriormente, dentro de esta fase 1, se concretarán los resultados buscados para cada una de las asignaturas piloto. En cuanto a la fase 2 (Diseñar la evaluación), los miembros participantes en este PIE se ocuparán en primer lugar de sopesar cuidadosamente qué tipo de procedimientos son los más adecuados para comprobar sin lugar a dudas cuando los alumnos han alcanzado los resultados previstos en la fase 1; solo entonces se procederá a particularizar para cada asignatura piloto cómo se materializarán dichos procedimientos de evaluación atendiendo a los principios generales propuestos. Por último, en la fase 3 (Diseñar las actividades) se discutirán inicialmente cuáles son las actividades que los alumnos deben realizar (como trabajo de preparación previo, autónomo, y después, durante las sesiones de Aula Invertida) para alcanzar de forma eficaz los resultados del aprendizaje definidos en la fase 1. Cada tipo de recurso, material docente y actividad participativa serán posteriormente materializados para cada una de las asignaturas piloto.

RECURSOS Y MATERIALES DOCENTES

Dado que el  Aula Invertida es la concepción de que el alumno obtiene información en un tiempo y lugar que no requiere la presencia física del profesor, para realizar el  estudio por los alumnos, el material ha de ser facilitado por los profesores a través  de herramientas de trabajo colaborativo que permiten compartir documentos y su actualización por varias personas de forma simultánea y coordinada. Igualmente se han de definir los roles y el trabajo que cada uno desarrollará en el documento final para optimizar el tiempo y los resultados obtenidos.

Además del uso de plataformas educativas como Moodle, se plantea usar las herramientas de almacenamiento virtual en la nube, dado que todo lo que se guarde estará accesible en cualquier sitio donde dispongamos de una conexión, independientemente del equipo con el que se acceda.

Otro recurso que se plantea de forma alternativa a las herramientas de almacenamiento en la nube, es la posibilidad de crear un propio sitio web, con un blog donde se coloquen contenidos de interés y se potencie la interacción de los diferentes usuarios. Igualmente disponer de un foro donde los alumnos puedan crear y participar en debates es también una opción para  mejorar el grado de éxito de las actividades en el aula virtual.

Finalmente, las presentaciones digitales son un recurso muy importante para crear contenidos más atractivos y dinámicos y por lo tanto captar y mantener la atención del estudiante y facilita la asimilación de conceptos al ser un medio para  mostrar la información recogida y analizada por los alumnos.

Para la realización de las diferentes tareas durante el aula invertida se emplearán los recursos que ya disponen cada uno de los centros y departamentos en los que se encuentran enmarcadas las asignaturas seleccionadas y que están relacionados con los siguientes objetivos:

  • Implementación (línea de trabajo E1) de casos prácticos reales resueltos con CES EduPack (línea de trabajo E5  de Aprendizaje Experiencial)
  • Implementación (línea de trabajo E1) del módulo de Bioengineering de CES EduPack (línea de trabajo E5 de Aprendizaje Experiencial)
  • Elaboración de procedimientos de ensayo normalizados (línea de trabajo E5 de Aprendizaje Experiencial)
SEGUIMIENTO Y EVALUACION

Para cada una de las cuatro asignaturas que se contemplan en este PIE, pertenecientes a los planes de estudio de grado o máster de cuatro Escuelas diferentes de la UPM, se prepararán evaluaciones que posteriormente serán cumplimentadas por los alumnos durante el proceso de implantación. Es preciso emplear más de un procedimiento para mejorar la fiabilidad de los resultados obtenidos [Creswell, J. W. (2014). Educational Research: Planning, Conducting and Evaluating Quantitative and Qualitative Research (4th Edition), London, Pearson Education].

Concretamente, se prepararán en primer lugar cuestionarios especialmente diseñados para evaluar la consecución de los objetivos del PIE. El primero de ellos será entregado a los alumnos a mitad del semestre correspondiente (en el momento de la puesta en marcha de la metodología de Aula Invertida, una vez concluido el PIE)y el segundo al final del semestre. Se busca con estos cuestionarios medir la viabilidad y la efectividad de la metodología del Aula Invertida desde un punto de vista subjetivo, esto es, recabando las opiniones de todos los alumnos matriculados en las asignaturas piloto que habrán estado trabajando con esta nueva metodología a lo largo del semestre. El parámetro global que se pretende obtener con estos cuestionarios es el grado de aceptación de la metodología por parte de los alumnos. Los resultados de los cuestionarios serán recogidos, procesados y analizados para extraer la conclusiones pertinentes.

El segundo de los procedimientos de evaluación será la realización de entrevistas personales. Este procedimiento se limitaría a un pequeño número de alumnos para cada asignatura piloto. Las entrevistas consistirán en una batería de preguntas de respuesta abierta (que serán preparadas durante la realización del PIE)y otra serie de preguntas que irán surgiendo a medida que avance la entrevista, a la vista de las respuestas recibidas. El objetivo de estas entrevistas es detectar los obstáculos más importantes que se han encontrado los alumnos en las sesiones de Aula Invertida, de manera que se puedan corregir los procedimientos para cursos futuros.

PRODUCTOS RESULTANTES

Como resultados del presente proyecto se alcanzaran los siguientes productos:

  • Guías de aprendizaje de las asignaturas seleccionadas, con la inclusión de las actividades de aula invertida programadas, que suponen entre un 10% y un 20% de la carga lectiva.
  • Guía metodológica con los roles y el trabajo que cada uno de los estudiantes desarrollará para obtener el documento final en cada una de las asignaturas seleccionadas.
  • Sitio WEB de actividades programadas.
  • Lista de herramientas y material didáctico (videos, test de autoevaluación, etc.) a emplear en las distintas actividades.
MATERIAL DIVULGATIVO

Al plantarse el presente PIE con el objetivo de su implementación en el curso 2017-2018, el material divulgativo corresponde a las guías de aprendizaje de las asignaturas piloto propuestas y una guía para el desarrollo de la metodología  de Aula Invertida de cada asignatura.

Asimismo, se prevé la asistencia a congresos/jornadas de innovación educativa para la difusión de los progresos alcanzados durante el desarrollo del presente PIE.

COLABORACIONES

Para la elaboración de las guías de aprendizaje y los ejercicios a llevar a cabo en las sesiones de Aula Virtual e Invertida, se tiene previsto la colaboración con AENOR (normalización de materiales) y  GRANTA (casos prácticos de selección, módulo de Bioengineering) en la utilización de sus bases de datos.