Una experiencia practica de aprendizaje basado en proyecto en ...

Una experiencia practica de aprendizaje basado en proyecto enuna asignatura de robóticaNourdine Aliane, Sergio Bemposta, Javier Fernández, Verónica EgidoDepartamento de Arquitectura de computadores y AutomáticaUniversidad Europea de Madrid,Villaviciosa de Odón, s/n (28670) Madrid (Spain)nourdine.aliane@uem.esResumenEn este trabajo se presenta una experiencia deintroducción de la metodología de aprendizajebasado en proyecto (ABP) en una asignatura derobótica. La metodología de ABP ha sidoimplementada de forma parcial y solo afecta a loscréditos prácticos de la asignatura. Un soloproyecto ha sido propuesto para toda la clase yconsiste en el desarrollo de un sistema de juego dedamas contra un robot manipulador. Es unproyecto multidisciplinar e integra variastecnologías: la robótica, la visión por ordenador yla inteligencia artificial.En este articulo, en primer lugar, se presentanel entorno académico y los condicionantes para laintroducción de la metodología ABP.Seguidamente, se describen los elementos clavespara la elección del proyecto así como ladescripción de algunos detalles técnicos delmismo. A continuación, se detallan las accionesrealizadas para llevar a la práctica la metodologíaABP. Finalmente se presenta una valoracióncualitativa de nuestra experiencia.1. IntroducciónEn el nuevo escenario educativo que resulta delproceso de armonización del Espacio Europeo deEducación Superior [6], se pone de manifiesto lanecesidad de un modelo de enseñanza-aprendizajecentrado en el alumno y se plantea claramente lanecesidad de desarrollar en el alumno nosolamente habilidades específicas al campo deconocimiento al que estén orientados los planes deestudios, sino también otras competenciascomplementarias y generales muy demandas en elmundo profesional.En este contexto, la educación superior se estáadaptando a las nuevas circunstancias realizandocambios en el paradigma educativo a través dediversas iniciativas de innovación docente basadasen las metodologías docentes activas como elaprendizaje basado en problemas, método el caso,aprendizaje basado en proyectos, etc.En nuestro caso, queremos introducir unaacción docente activa en una signatura de robóticade quinto de informática marcando comoobjetivos elevar la motivación de los alumnos,mejorar su aprendizaje y desarrollar competenciasgenerales como el trabajo en equipo, lainnovación y la iniciativa, etc. Para esto,pensamos que la metodología de aprendizajebasado en proyectos (ABP en adelante) es la másapropiada.Al ser una metodología completamente nuevapara nosotros, hemos optado por una implantaciónparcial de la misma, y que la metodología ABPsolo afecta a los créditos prácticos de laasignatura. Por otro lado, hemos optado enproponer un solo proyecto para toda la clase, elcual consiste en el desarrollo de un sistema deljuego de damas contra un robot manipulador.El resto del artículo se organiza de la siguienteforma: en la sección 2 se darán las claves de lametodología ABP. La sección 3 establece elentorno docente y los diferentes condicionantes dela puesta en marcha de ABP. En la sección 4, seformulan las razones que avalan la elección denuestro proyecto de apoyo a la metodología ABP.En la sección 5, se explican los pasos másimportantes en la implantación de metodologíaABP. La sección 5 recoge la valoración de nuestraexperiencia de forma cualitativa, y finalmente, lasección 6 concluye este trabajo.

140Robótica e informática industrial /Arquitectura de ordenadores2. La metodología ABPLa metodología ABP se empezó a aplicar a finalesde los 70 en la enseñanza de la medicina en laUniversidad de McMaster, Canadá [11] paracombatir el problema de desmotivación de losestudiantes. Desde entonces, esta metodología haido ganando adeptos y actualmente se consideraespecialmente adecuada para abordar muchos delos retos de la educación superior [16]. Suaplicación en el campo de la informática llega mástarde, pero ya se considera como una metodologíamadura en este campo [3], [4].El proceso de aprendizaje en la metodologíaABP [14] se basa en el desarrollo de un proyectoque establece una meta como producto final. Suconsecución exigirá el aprendizaje de conceptostécnicos y de actitudes. La metodología ABP soloestará en sintonía con los objetivos del EEES si elalumno toma un papel importante en el desarrollodel proyecto, y por ende, en el proceso deaprendizaje en el que estará inmerso.Las características más relevantes de lametodología ABP son: La metodología del ABP se desarrolla en unentorno real y experimental. Estacircunstancia ayuda a los alumnos a relacionarlos contenidos teóricos con el mundo real, yesto recae en la mejora de la receptividad paraaprender los conceptos teóricos. El alumno tiene un papel activo en el proyectoy marca el ritmo y la profundidad de su propioaprendizaje. El ABP motiva a los alumnos, por lo que sepuede tomar como un instrumento ideal paramejorar el rendimiento académico de losalumnos y su persistencia en los estudios. El ABP crea un marco ideal para el desarrollode varias competencias generales como eltrabajo en equipo, la planificación, lainnovación y la creatividad, la iniciativa, etc.2.1. ABP y la robóticaLa utilización de la tecnología como medio en ladocencia no se limita a la utilización delordenador y a los medios multimedia clásicos,sino estamos asistiendo a la utilizando de losrobots a modo de herramienta educativa y estáganando cada vez más popularidad [5]. En efecto,en muchos casos, los robots están presentes en elaula no con el fin de enseñar la disciplina de larobótica propiamente dicha, sino aprovechar sucarácter multidisciplinar para activar procesoscognitivos que propicien un aprendizajesignificativo y un acercamiento al mundo de laciencia y la tecnología. El sistema de LEGOMINDSTORM es un buen ejemplo y está siendoutilizado a gran escala no solamente en laeducación, sino también en proyectos deinvestigación [7], [8].En general, un proyecto de robótica integravarias tecnologías y, en consecuencia, propicia unaprendizaje multidisciplinar. Es más, el reto quesupone para un alumno diseñar y construir unsistema real, le permite adquirir los conceptos concierta profundidad y le permite entrar en unadinámica de aprendizaje autónomo y el desarrollode varias competencias como la iniciativa y lainnovación. Estas características hacen que losproyectos de robótica sean muy apropiados en laimplantación de la metodología de ABP [10]. Enlos trabajos [9], [13], [12] y [15], podemosencontrar varias experiencias relacionadas con lautilización de los robots en el marco de ABP.3. El entorno docenteLa asignatura de robótica es una asignaturaoptativa del plan de estudios de ingeniero eninformática. Es cuatrimestral y se cursa en elquinto curso. Es una asignatura especialmentepensada para ingenieros en informática y sucontenido está relacionado con los aspectoscomputacionales como la implementación de losalgoritmos del control cinemático, la planificaciónde trayectorias, la programación de los robots y laintegración de otras tecnologías como la visiónpor computador o la inteligencia artificial.El carácter multidisciplinar de la asignaturahace que sea relativamente fácil proponerproyectos de cierta complejidad, y por lo tanto,ofrece condiciones idóneas para introducir lametodología ABP. Por otro lado, la implantaciónpor primera vez de una metodología nueva, y sincontar con la experiencia previa de otros, nos haplanteado varias dudas. Ante esta situación,hemos optado por una implantación parcial de lametodología ABP. Esto nos lleva a definir unmodelo mixto que consiste en dividir la asignaturaen dos bloques. El primer bloque consta decontenidos teóricos e impartidos siguiendo laenseñanza tradicional. El segundo bloque es

XIII Jornadas de Enseñanza Universitaria de la Informática141práctico y enfocado al desarrollo de un proyectodentro del marco de la metodología ABP, y estaparte representa aproximadamente el 25% la cargalectiva de toda la asignatura.El proyecto y su alcance técnico constituyenel elemento central del proceso de aprendizaje, ypor lo tanto, su elección no es trivial. Paragarantizar el éxito de la implantación de lametodología ABP, hemos optado por proponer unsolo proyecto para toda la clase, y permitir así, unambiente de aprendizaje colaborativo.4. El proyectoEl proyecto de apoyo a la metodología ABPpropuesto para el conjunto de la clase consiste enel desarrollo de una aplicación de juego de damascontra un robot manipulador. Es un proyectomultidisciplinar e integra contenidos de robótica,de visión por ordenador y de inteligencia artificial.El carácter lúdico del proyecto permite mejorarsustancialmente la motivación de los alumnos, locual supone un valor añadido a nuestraexperiencia. La elección del proyecto se apoyaprincipalmente en los siguientes criterios: El proyecto es perfectamente realizable conlos recursos hardware y software disponiblesen nuestros laboratorios. Es un proyecto multidisciplinar e integravarias tecnologías que tienen una relacióndirecta con varias asignaturas optativas de latitulación como la visión por computador o lainteligencia artificial. Es un proyecto con una cierta complejidad yse puede dividir en varios sub-proyectos. Estonos permite crear varios pequeños grupos detrabajo y reforzar el desarrollo de algunascompetencias. Es un proyecto abierto y admite variassoluciones. Los alumnos tendrán que buscar elmejor compromiso entre la sencillez de laspropuestas y el tiempo necesario para surealización. El profesor puede brindar un asesoramientooptimo ya que la misma aplicación ha sidodesarrollada con anterioridad por el equipo delprofesor [1], [2].4.1. Los aspectos técnicos del proyectoEl proyecto de “un robot que juega a las damas”consiste en desarrollar una aplicación que permitea una persona jugar a las damas contra un robot.Es un sistema que involucra un robot manipuladorde tipo SCORBOT ER-IV y un sistema de visiónpor ordenador basado en el software MIL deMATROX. La siguiente fotografía, se puede verel aspecto general del robot jugando a las damas.Figura 1. Un robot jugando a las DamasEl proyecto pretende desarrollar e integrarvarios elementos software como la captura yprocesamiento de imágenes, el control del robot,el motor de juego, las comunicaciones entre elcontrolador del robot y el ordenador central, etc.En la siguiente figura, podemos ver los diferentesmódulos de nuestra aplicación, así como lasinteracciones entre si.JugadorTableroSistemade visiónRobotOrdenadorMotor deJuegoFigura 2. La interacción entre los subsistemasLa operatividad de la aplicación es cíclica queempieza con la captura de la imagen del tablero ysu análisis determina la situación actual del juego.A continuación, el motor de juego basado en laestrategia Mini-max calcula las mejores jugadas.Finalmente, el robot manipulador culmina laejecución de las jugadas. El lector puede encontrar

142Robótica e informática industrial /Arquitectura de ordenadorestodos los detalles técnicos de la aplicación en lasreferencias [1] y [2].5. Desarrollo de la metodología ABPEn este apartado, se van a presentar los pasos yaspectos más relevantes en lo se refiere aldesarrollo de la metodología docente ABP.5.1. La propuestaLa idea de realizar cambios en la asignatura conrespecto de otros años integrando el proyecto de“un robot que juega a las damas” en la asignaturaha sido bien recibido por el conjunto de la clase.En la presentación oficial del proyecto, elprofesor ha hecho hincapié en que se va adesarrollar un método alternativo de aprendizaje yque el verdadero proyecto es el aprendizaje através de un proyecto. Aún así, los alumnos handemostrado su plena predisposición para estanueva metodología. Se ha informadocorrectamente a los alumnos haciendo una brevedescripción de la metodología ABP dando susprincipales características, y presentado lametodología como una alternativa de aprendizajeque merece la pena de explorar.5.2. Tormenta de ideasEl desarrollo del proyecto empezó con laorganización de un debate en forma de tormentade ideas moderada por el profesor y que formulapreguntas al conjunto de la clase para alentar yencauzar el debate. Todas las propuestas ysugerencias son aceptadas y registradas.Al final de esta primera sesión, se hanacordado los siguientes puntos: Se han identificado cuatro (04) partesindependientes del proyecto, por lo que se haalcanzado un acuerdo de dividir el proyecto en4 sub-proyectos. Se ha fijado de forma aproximada losobjetivos técnicos que se deben alcanzar. Se han inventariado los recursos necesariospara el desarrollo del proyecto. Se conformaron los grupos necesarios (3-4alumnos) para la realización de los subproyectos. La asignación de las tareas fue consensuada yse ha hecho con el criterio de afinidad a losproyectos de fin de carrera que estabandesarrollando los alumnos.El primer objetivo de cada grupo ha sido laelaboración de un ante-proyecto para definircon claridad los objetivos, los hitos y unaplanificación de las tareas.5.3. Método de trabajoLa clase de 14 alumnos se ha organizado en 4grupos de (3-4) alumnos. Cada grupo tiene su subproyectoy han evolucionado en un ambiente deaprendizaje colaborativo; es decir, todos losintegrantes han intervenido en todas y cada una delas tareas programadas en su proyecto. Por otrolado, cada grupo ha designado a un delegado paracooperar con el resto de los grupos en los aspectosde intercambio de información entre los todos losmódulos y su integración en la aplicación final.El carácter abierto del proyecto admitediversos enfoques y varias soluciones. Esto haoriginado un verdadero debate sobre las posiblessoluciones y se ha creado un entorno favorablepara el desarrollo del trabajo en equipo, lainnovación y la creatividad.El rol del profesor también es importante y nodebe limitarse a observar a los estudiantes, sino,tiene que ser un catalizador del proceso deaprendizaje. Debe crear una atmósfera deconfianza y fomentar la colaboración de todos losalumnos. Es importante que el profesor ceda elliderazgo del proceso y hacer que los propiosalumnos sean los protagonistas del proyecto. Pero,no significa aislarse, sino tiene que estar presente,observar y ayudar a valorar las iniciativas de losalumnos. Si bien la metodología permite unacierta libertad a los alumnos, el profesor debeconocer las decisiones que se toman para podercorregirlas a tiempo y encauzar a los alumnos denuevo para no alejarse demasiado de los objetivosmarcados.La duración del proyecto ha sido de 8semanas, dedicando 2 horas semanales en horaslaboratorio y en presencia del profesor. Por suparte, los alumnos han invertido más tiempo en lasdiferentes tareas de búsqueda de la información,en la asimilación de conceptos nuevos, en larealización de pruebas parciales, etc.5.4. La sesión finalAl finalizar el proyecto, cada grupo ha tenido queentregar una memoria recalcando los aspectostécnicos más relevantes de su trabajo, y han tenido

XIII Jornadas de Enseñanza Universitaria de la Informática143que realizar una comunicación oral para explicar ydivulgar los logros alcanzados.Además, se ha reservado la última sesión dellaboratorio para realizar una valoración técnicadel proyecto y una valoración cuantitativa delproceso de aprendizaje. Los alumnos y profesorcomentan y discuten conjuntamente los resultadosconseguidos. La valoración técnica consistió enrealizar varias demostraciones del sistema con laparticipación de varios alumnos ajenos a la clase.La valoración del método de aprendizaje se hahecho en forma de debate para recoger lasopiniones de los alumnos en torno a lametodología de APB.5.5. Método de evaluaciónUnos de los aspectos más difíciles de lametodología ABP es la concepción de un sistemade evaluación que sea justo. En el desarrollo de unproyecto, la evaluación se vuelve difusa ya que nose sabe exactamente que es lo que se tiene queevaluar: los conocimientos adquiridos por cadaalumno o su desempeño y su aportación alproyecto, y cómo reflejar la evaluaciónindividualizada de cada alumno que hanevolucionado dentro de un grupo.En esta primera experiencia, no hemosacordado mucha importancia a este aspecto, y noshemos limitado en otorgar una nota simbólica queno influye en la nota global de la asignatura, y queha tratado de reflejar la opinión del profesor sobreel desempeño de cada alumno.6. Valoración de la experienciaLa valoración de nuestra experiencia es cualitativabasándose en la opinión del profesor y de losalumnos involucrados en la experiencia.El profesor considera que enseñar utilizandola metodología ABP es estimulante y que es unaexperiencia gratificante. El nivel de entendimientoentre el profesor y los alumnos es muy elevado yse crea un entorno de aprendizaje marcado por lapredisposición total de los alumnos. En términosde objetivos docentes, las actividadesdesarrolladas en el marco del proyecto hanpermitido alcanzar un nivel de aprendizajeclaramente mayor que el aprendizaje que hemosido desarrollando con las clásicas practicas delaboratorio.Por oro lado, los alumnos ponen de manifiestosu satisfacción por la formación recibida a travésde la metodología ABP y perciben claramente quehan adquirido una experiencia investigadora porsu propia cuenta. Se ha valorado positivamente elnivel de motivación y de estimulación que les haproducido la experiencia.En lo que se refiere a las competencias, losalumnos afirman que el proyecto les ha permitidoadquirir una experiencia valiosa de trabajo enequipo con sus compañeros, que el proyecto les hapermitido tener sus propias iniciativas, y que nohan tenido que seguir ningún guión. Finalmente,varios alumnos han afirmado que les hubiesegustado haber cursado más asignaturas siguiendola metodología ABP.Como consideración final, el proyecto en lametodología de ABP es en realidad uninstrumento de aprendizaje. Sin embargo, losalumnos desconocen las reglas básicas de gestiónde proyectos. Para optimizar el aprendizaje y eldesarrollo de las competencias antes mencionadas,pensamos que el profesor tiene que proporcionarun guión de trabajo en forma de Portafolio, dondese marcan las pautas a seguir en el desarrollo delproyecto y recalcar el cumplimiento con algunasobligaciones como la entrega de resultadosparciales o la exposición oral de los avances delproyecto.7. ConclusiónEn este trabajo, hemos presentado una experienciapráctica de implantación de la metodologíadocente de aprendizaje basado en proyectos enuna asignatura de robótica.Al ser una metodología nueva para nosotros,hemos optado por una implantación parcial y quela metodología ABP solo afecta a la parte prácticade la asignatura. La parte teórica ha sido impartidasiguiendo el método de enseñanza tradicional.Un solo proyecto ha sido propuesto para todala clase, el cual consiste en la realización de unsistema titulado “un robot que juega a las damas”.Su carácter multidisciplinar y su complejidad noshan permitido dividirlo en varios sub-proyectos yestructurar la clase en grupos reducidos. Eldesarrollo del proyecto ha creado un marco idealpara el aprendizaje colaborativo y su aspectolúdico ha permitido mantener un nivel demotivación muy alto.

144Robótica e informática industrial /Arquitectura de ordenadoresEl desarrollo del proyecto ha permitido a losalumnos experimentar un aspecto novedosodirectamente relacionado con las competenciasespecíficas como es la integración de variastecnologías. El nivel de aprendizaje ha sidoclaramente mayor que el aprendizaje basado lastradicionales practicas de laboratorio. Por otrolado, el alumno ha tomado conciencia de losaspectos positivos y formativos relacionados conlas competencias generales como el trabajo enequipo, la planificación, la innovación o lainiciativa. En definitiva, los alumnos se hansentido como verdaderos ingenieros que hanparticipado en la concepción de un sistemacomplejo.En conjunto, la experiencia ha sido positiva yque ha sido acogida favorablemente por elconjunto de los alumnos.Referencias[1] Aliane, N, Bemposta, S, Gachet, D, RoboticsLab Practices: Solving the Tower of Hanoi& Checker Playing Robots, Weingarten,Germany, 2001.[2] Aliane, N, Bemposta, S, Gachet, D, Un Robotque Juega a las Damas, XXIV Jornadas deAutomática CEA-IFAC, León, 2003.[3] Barg, M, et al, Problem-Based Learning forFoundation Computer Science Courses,Computer Science Education 10(2), pp1-20,2000.[4] Dart, P et al, Enhancing Project-BasedLearning: Variations on Mentoring,Australian Software Eng. Conference,Proceedings pp. 112-117, 1996.[5] Druin, A, & J. Hendler, Robots for kids:Exploring new technologies for learning. SanDiego, CA: Academic Press, 2000.[6] EEES (En línea)[7] Gawthrop P, J et al, A Lego Based ControlExperiment, IEEE Control Systems MagazineVol 24 (5), pp 43-56, 2004[8] Gawthrop P, J et al, Using LEGO in ControlEducation, Proceeding Advances in ControlEducation”, pp 31-38, 2006[9] Grimheden M & M. Hanson, How mightEducation in Mechatronics benefit fromProblem Based Learning, 4th InternationalWorkshop on Research and Education inMechatronics, Bochum, Germany, pp 211-218, 2003http://www.crue.org/Bolet_educ_ESP25.htm[10] Hung, D, Situated cognition and ABP:Implications for learning and instruction withtechnology. Journal of Interactive LearningResearch, 13(4), pp-393-414, 2002.[11] McMaster (En línea) University 2001Problem-Based-Learning:http://www.chemeng.mcmaster.ca/pbl/pbl.htm[12] Mingyang G, A Case to Do Empirical StudyUsing Educational Projects, Journal of:Issues in Informing Science and InformationTechnology, Vol pp-509-520, 2004[13] Piguet Y, et al, Hands-On Mechatronics:Problem-Based Learning for Mechatronics.IEEE Int. Conference on Robotics &Automation, Washington D.C., USA, 2002[14] Solomon & Gwen, Project-Based Learning:Technology and Learning, 23(6), pp 20-30,2003.[15] Spong, M W, Project Based ControlEducation, Proceeding in Advances inControl Education, pp 40-47, 2006[16] Woods, D. R et al. The future of engineeringeducation. Developing Critical Skills. Chem.Engr. Education, 34 (2), pp-108-117, 2000