La gamificación del aula ha demostrado ser una gran aliada en el proceso de aprendizaje demostrando que funciona de manera adecuada mejorando tanto los resultados de aprendizaje como la motivación del estudiantado [1]. Durante los últimos años en la ETSI de Sistemas Informáticos (ETSISI) se han implementado diferentes proyectos de innovación educativa enfocados a la mejora de la calidad docente con el uso de gamificación y aprendizaje basado en juegos que han demostrado ser efectivos en términos de adquisición de conocimientos y mejora de la motivación [2][3][4]. Por otro lado, el uso de recompensas mediante impresión 3D como motivación para la participación, estudio y evaluación, también ha demostrado ser eficaz en los términos antes mencionados, así como mecanismo para reducir el absentismo [5]. De hecho, durante el año 2023-24 se ideó una experiencia semilla del presente proyecto obteniendo muy buenos resultados en términos de motivación del alumnado y participación según las encuestas proporcionadas a los alumnos que participaron en el mismo. [6].

La gamificación y recompensas ayudan en el proceso aprendizaje ayudando a los alumnos a trabajar en la asignatura de una manera más continuada y mejorando su actitud frente a las tareas, manteniendo e incluso mejorando la capacidad de retención de conceptos frente a la clase tradicional y el estudio de manera intensivo de la materia, sobre todo en casos de materias con contenidos cuya complejidad es incremental. Tanto la participación en los juegos, como las recompensas, ayudan a crear una situación de meritocracia en el aula que motiva a los demás compañeros a la realización de tareas de manera continuada y participación en los juegos con la intención de ascenso social en la clase por la obtención de mejores resultados en los juegos, obtención de la insignia correspondiente a la participación o victoria en él.

En el presente proyecto de innovación educativa se pretenden realizar experiencias de aula gamificadas y de aprendizaje basado en juegos en las que los estudiantes serán recompensados con elementos físicos personalizados (en adelante, tokens). Las experiencias de aula que serán gamificadas y que implican la consecución de estos tokens son muy variadas: desde actividades más tradicionales como la resolución de ejercicios o la realización de entregas de una práctica, hasta actividades más innovadoras como simulacros de examen gamificados con plataformas como Wooclap o actividades de aprendizaje basado en videojuegos.

Se espera que la inclusión de estos tokens en el proceso de aprendizaje potencie la motivación del estudiantado, especialmente en el caso de las actividades de corte más tradicional. Además, con estos tokens el alumno podrá personalizar su experiencia de aprendizaje pudiendo adaptar el proceso de enseñanza de varias formas. Por ejemplo, permitirle elegir temáticas de ejercicios, obtener la extensión en las fechas de entrega de las prácticas o incorporar ejercicios propuestos ideados por ellos mismos (previa revisión y corrección por parte del profesor).  Estos tokens serán fabricados ex profeso para las experiencias mediante impresión 3D o cortadora láser, dotándoles de un diseño funcional y atractivo y cuidando la eficiencia para reducir el coste en el proceso de fabricación y su impacto ecológico.

Las asignaturas seleccionadas para este proyecto se imparten en la ETSISI de la UPM y son las siguientes: “Fundamentos de Ingeniería del Software” (asignatura de 2º curso con alrededor de 400 estudiantes), “Bases de Datos” (asignatura de 2º curso con alrededor de 400 estudiantes), “Administración y Gestión de Bases de Datos” (asignatura de 3º curso con alrededor de 50 estudiantes), “Verificación y Validación” (asignatura de 4º curso con alrededor de 100 estudiantes)  y “Métodos Generativos” (asignatura de 4º curso con alrededor de 50 estudiantes). Los participantes del proyecto participan de manera activa como coordinadores o como profesores de dichas asignaturas, que cuentan con un profesorado que apoya la iniciativa y está dispuesto a integrarla en sus clases. El volumen de alumnos que será impactado por las experiencias que se proponen en este proyecto es alto, alrededor de 1000 estudiantes.

La finalidad última del proyecto es la mejora en la participación dentro del aula en diversas actividades tanto de corte tradicional (resolución de problemas, realización de prácticas, etc.) como de corte innovador (simulacros de exámenes gamificados, aprendizaje basado en videojuegos educativos, etc.) que se van a llevar a cabo en las asignaturas mencionadas. Se espera que mejora implique un incremento de la motivación y una reducción del absentismo, lo que terminaría redundado en una mejora de los resultados académicos. La mejora planteada estará sustentada por la obtención de los mencionados tokens, que funcionarán como un mecanismo de reconocimiento que promueve la meritocracia y que además permite al estudiante personalizar su proceso de aprendizaje.

[1] Hamari, J., Koivisto, J., & Sarsa, H. (2014). Does gamification work?--a literature review of empirical studies on gamification. In 2014 47th Hawaii international conference on system sciences (pp. 3025-3034)

[2] López-Fernández, D., Gordillo, A., Lara-Cabrera, R., & Alegre, J. (2023). Comparing effectiveness of educational video games of different genres in computer science education. Entertainment Computing, 47(100588), 100588.

[3] D. López-Fernández, A. Gordillo, J. Pérez and E. Tovar, "Learning and Motivational Impact of Game-Based Learning: Comparing Face-to-Face and Online Formats on Computer Science Education," in IEEE Transactions on Education, vol. 66, no. 4, pp. 360-368, Aug. 2023..

[4] D. López-Fernández, J. Mayor, M. García-Pérez and A. Gordillo, "Are Virtual Reality Serious Video Games More Effective Than Web Video Games?," in IEEE Computer Graphics and Applications, vol. 43, no. 2, pp. 32-42, 1 March-April 2023.

[5] R. Lara-Cabrera, F. Ortega, E. Talavera and D. López-Fernández, "Using 3-D Printed Badges to Improve Student Performance and Reduce Dropout Rates in STEM Higher Education," in IEEE Transactions on Education.

[6] J. Gayoso-Cabada, D. López-Fernández, E. Tovar, A. Gordillo and G. Hernández-Peñaloza (13-16 de octubre de 2024). MeriCOIN: Enhancing Motivation and Continuous Learning in Computer Engineering Students Through 3D Printed Rewards. Frontiers in Education, Washington DC, USA.

El objetivo principal de este proyecto es mejorar la calidad del aprendizaje de los estudiantes mediante la gamificación y el aprendizaje basado en juegos, ofreciendo incentivos en forma de tokens personalizados (impresos en 3D o mediante una cortadora láser) que aumenten su implicación académica. Asimismo, el establecimiento de un sistema meritocrático permite que se fomenten aptitudes como la colaboración entre estudiantes.

Adicionalmente, se plantean los siguientes objetivos específicos.

- Fabricar elementos físicos que sirvan como tokens para la experiencia empleando tecnologías de impresión 3d y/o corte por láser, que sean representativos de cada una de las asignaturas impartidas y que estén relacionados con el contenido de la experiencia propuesta. Como previsión, se estima que se necesitara la impresión de un volumen equivalente al 40% de los estudiantes matriculados en las asignaturas implicadas, por lo que se necesitaran aproximadamente 400 tokens

- Diseñar experiencias educativas que integren de manera coherente y eficiente dichos tokens como mérito. Algunas de estas experiencias tendrán un corte más tradicional como resolución de ejercicios o realización de prácticas, mientras que otras tienen un corte más innovador como la realización de simulacros de exámenes gamificados o la utilización de videojuegos educativos. Tal y como se ha mencionado antes las asignaturas implicadas se imparten en la ETSI de Sistemas Informáticos y son las siguientes: “Fundamentos de Ingeniería del Software”, “Bases de datos”, “Verificación y Validación”, “Administración y Gestión de Bases de Datos” y “Métodos Generativos”.  

- Realizar una investigación, que contará con el diseño y los instrumentos de investigación pertinentes, a fin de comprobar la eficacia de la incorporación de los tokens en términos de adquisición de conocimientos, motivación y asistencia.

- Diseminar los resultados del proyecto y la investigación en diversos medios, poniendo especial atención a la publicación de un artículo científico en una revista JCR.

Este proyecto busca mejorar la calidad de la enseñanza en la ETSI de Sistemas Informáticos, basándose en cuatro ejes clave:

1. Mejora en la participación para la obtención de premios: La inclusión de tokens físicos fomenta una mayor participación en clase, ya que los estudiantes reciben estos tokens por su esfuerzo, colaboración y logros en las actividades. La posibilidad de canjear los tokens por premios docentes (por ejemplo, retrasar la entrega de una práctica) alienta a los estudiantes a participar activamente, creando un ambiente de aprendizaje más dinámico y competitivo, que a su vez fortalece su compromiso y conexión con la asignatura.
2. Reducción del absentismo: La entrega de tokens en las sesiones presenciales contribuye a reducir el absentismo, dado que los estudiantes son incentivados a asistir regularmente para obtener recompensas físicas y tangibles. Al vincular la presencia en clase con la acumulación de tokens, se promueve una mayor asistencia, creando un ambiente de aula más consistente y facilitando el aprendizaje continuo e incremental, que es lo ideal en las asignaturas en el ámbito universitario.
3. Aumento en la motivación: Los tokens físicos funcionan como un elemento motivador que despierta el interés de los estudiantes hacia la asignatura. La posibilidad de obtener recompensas concretas por su esfuerzo genera un ambiente lúdico, superación y meritocracia, incrementando la satisfacción personal y fomentando una actitud positiva hacia el aprendizaje. Este enfoque contribuye a una experiencia académica más atractiva y motivante, promoviendo el compromiso y la perseverancia.
4. Mejora de las calificaciones: Los tres ejes anteriormente mencionados concluyen en un estudio continua y motivado de la asignatura, lo cual impacta positivamente en sus calificaciones y en la consolidación de conocimientos clave de la asignatura.

1. Especificación o adaptación de experiencias educativas en las asignaturas consideradas al sistema de recompensa por tokens.
2. Estudio de propuestas de tokens con el fin de ver cuál puede ser más adecuada en términos fabricación, coste en material e impacto ecológico.
3. Diseño e impresión de versiones de los tokens y prueba de aceptación con grupos de trabajo combinados de profesores y alumnos para cada asignatura objetivo. Como previsión, se estima que se necesitara la impresión de un volumen equivalente al 40% de la población de estudio, unos 400 tokens.
4. Realización de una investigación tomando las medidas pertinentes (algunas directas como las recogidas mediante encuestas y otras indirectas como las tasas de éxito y absentismo) que permita comprobar la eficacia en términos de adquisición de conocimientos, motivación y asistencia en el aula.
5. Evaluación de los resultados obtenidos y difusión de estos, tanto en el ámbito científico como en el divulgativo.

Para el seguimiento y evaluación del proyecto se proponen las siguientes acciones:

1. Reunión inicial para proponer y diseñar propuestas de gamificación en las diferentes asignaturas implicadas que incluyan el uso de tokens, a fin de alinear el contenido y los objetivos de estas con los objetivos del proyecto.
2. Diseño y fabricación de tokens: se llevarán a cabo reuniones del equipo investigador con el fin de fijar un diseño de tokens que garantice la creación de la cantidad de tokens requerida por el proyecto en el tiempo y coste fijado del mismo. Hay que destacar que algunos de los miembros del equipo investigador disponen de experiencia contrastable en la fabricación de piezas mediante impresión 3d y cortadora láser.
3. Realización de experiencias e implantación del sistema de tokens en la asignatura de “Fundamentos de la Ingeniería del Software” curso 2024-25, segundo semestre: se proponen reuniones quincenales con el profesorado de la asignatura para asegurarse de la correcta implementación del proyecto y analizar posibles imprevistos que puedan ocurrir. Resaltar que el coordinador del este proyecto es a su vez coordinador de la asignatura en el curso 2024-25. Además, algunos de los profesores de la asignatura también son parte del equipo de esta propuesta.
4. Evaluación 1: El objeto de esta fase es el estudio del impacto de la incorporación de recompensas físicas y su consumo en términos de potenciar la adquisición de conocimiento, reducir el absentismo y favorecer la motivación del estudio de la materia en cuestión. Por tanto, los principales indicadores de logro serán la obtención mejoras motivacionales y de adquisición de conocimientos mediante el uso de los tokens en el aula. Para ello, se evaluará si las notas obtenidas por los grupos experimentales superan de manera significativa a los grupos de control, análisis de la asistencia a las clases y elementos gamificados, así como su correspondiente encuesta de satisfacción con la experiencia.
5. Realización de experiencias e implantación del sistema de tokens en las asignaturas de “Bases de Datos”, “Administración y Gestión de Bases de Datos”, “Verificación y Validación” y “Métodos Generativos” curso 2025-26, primer semestre: se proponen reuniones quincenales con el profesorado de las asignaturas para asegurarse de la correcta implementación del proyecto y analizar posibles imprevistos que puedan ocurrir, así como aplicar mejoras detectadas en la asignatura “Fundamentos de la Ingeniería del Software”.
6. Evaluación 2: Nuevamente, estudio del impacto de la incorporación de recompensas físicas y su consumo en términos de potenciar la adquisición de conocimiento, reducir el absentismo y favorecer la motivación del estudio de la materia en cuestión. Los principales indicadores de logro y evaluación serán de manera equivalente a la primera evaluación.

Los productos resultantes de este proyecto son el diseño y fabricación de los elementos que representarán los tokens de la asignatura y que serán diseminados durante las sesiones de trabajo en la asignatura, así como la propia conceptualización del diseño de las experiencias educativas a este sistema de recompensa. De estos tokens se espera un retorno de, al menos, un 30% mediante su consumo en la propia asignatura como medio de personalización de la experiencia educativa.

Además, se pretende publicar los diseños en plataformas como “pinshape.com”, “thingiverse.com” o “printables.com” para que estén disponibles en abierto. En el caso de “pintables.com” se publicará como parte su base de datos de proyectos de educación dentro del “Prusa Education program”.

Finalmente, a nivel de difusión, se espera publicar los resultados tanto en medios divulgativos (como por ejemplo el blog del grupo GIETEMA) como en revistas de alto impacto, lo que facilitará que este pueda ser replicable dentro de otros entornos educativos y empresariales. De hecho, se espera que las experiencias y los diseños de tokens realizados puedan explotarse en otras asignaturas, escuelas y facultades de la UPM, así como a entornos empresariales y centros de investigación.

Se prevé, de manera principal, elaborar al menos un artículo científico y publicarlo en revistas dentro del índice JCR. Dentro de lo deseable, se buscará una publicación temprana en plataformas abiertas como arXiv.com para promover la ciencia abierta. También se publicará la experiencia y resultados dentro de los canales impulsados por el servicio de innovación educativa y la propia Universidad (por ejemplo, el blog del grupo GIETEMA). Además, se pretende dar difusión al proyecto y sus resultados dentro de conferencias y jornadas de innovación educativa en las que participen los integrantes del proyecto.

El PIE será realizado por el GIE GIETEMA de la ETSISI de la UPM y contará con las siguientes colaboraciones:

• Colaboración del Grupo de Investigación KNODIS, que proporciona una impresora 3D y una cortadora laser. Como consecuencia de esta colaboración se incluye como participante del PIE a D. Fernando Ortega Requena, director del mencionado grupo.