Proyectos de Innovación Docente 2022 apoyados

Investigador responsable: Dr. Alcides Quispe

Resumen: El pensamiento computacional es considerado una de las habilidades del siglo 21. Por este motivo, a nivel mundial se vienen realizando grandes esfuerzos por desarrollar esta habilidad en todos los niveles (escolar, universitario, etc.). Por ejemplo, en Chile, recientemente el gobierno ha creado el “Plan Nacional de Lenguajes Digitales” para lograr desarrollar esta capacidad en los alumnos de todos los colegios del país.

Sin embargo, la enseñanza y aprendizaje de esta habilidad sigue siendo un gran desafío tanto para profesores como estudiantes. Es un problema tan relevante que representa uno de los siete grandes desafíos de la educación en Computación. Las tasas de reprobación de los cursos introductorios de programación, que en muchos casos traen como consecuencia deserción de los estudiantes, aún siguen siendo una preocupación. ¿Por qué seguimos teniendo dificultades para enseñar y aprender a programar? ¿Será que aún no tenemos el conocimiento científico necesario para entender este problema de tal manera que podamos mejorar nuestras estrategias de enseñanza y aprendizaje?

Estudios recientes han encontrado que cuando se trata de aprender un nuevo idioma, el aprendizaje es más rápido y mejor cuando se practica escribiendo a mano (en papel) que cuando lo hacemos tipeando en un computador. Además, estudios desde el campo de la neurociencia (analizando la actividad neuronal con EEG) dan evidencia que escribir a mano es una mejor estrategia para facilitar y optimizar el aprendizaje que tipear en un computador. Curiosamente, cuando aprendemos a programar, la gran mayoría prefiere tipear directamente en un computador. ¿Será que debemos replantear la forma de enseñar/aprender a programar?

Los estudios sobre programación desde el campo de la neurociencia son recientes y se han centrado en su gran mayoría en un aspecto de la programación: comprensión de código. Sin embargo, el otro aspecto, la generación (creación) de programas, aún no ha sido explorada extensamente. Los pocos estudios que existen se hicieron con sujetos escribiendo programas usando el teclado. Por lo tanto, aún se desconoce cómo el cerebro interpreta la creación de programas escribiendo a mano (en papel) versus tipeando en un computador. ¿Hay ventajas de uno respecto del otro? ¿Será que cuando aprendemos a programar (que es el idioma de los computadores) es mejor hacerlo escribiendo a mano tal y como lo dicen los otros estudios? Entender esta diferencia proporcionaría evidencia empírica que podría ser útil para mejorar las estrategias de enseñanza y aprendizaje de programación.

Por lo tanto, este proyecto de investigación tiene como objetivo principal investigar las diferencias electrofisiológicas que pudieran existir en la actividad cerebral de los programadores novatos cuando generan (crean) programas a mano (escribiendo en papel) y cuando lo hacen en un editor de programas (tipeando en el computador). Se evaluará la carga cognitiva en ambas actividades a través de mediciones de entropía y complejidad mientras escriben programas para problemas de diferente nivel de dificultad.

Para lograr el objetivo planteado, se definirá un conjunto de enunciados de programación (caracterizados según niveles de dificultad) producto de una revisión bibliográfica y en trabajo conjunto con profesores y alumnos de cursos introductorios de programación. Luego se realizarán experimentos donde se medirá la actividad eléctrica neuronal de las diferentes regiones del cerebro usando un EEG (usando 25-30 programadores novatos). Las señales eléctricas capturadas serán analizadas usando mediciones de entropía y complejidad estadística para evaluar la carga cognitiva y luego ver si existen diferencias significativas en la actividad neuronal del cerebro entre crear programas a mano (escribiendo en papel) versus crearlos tipeando en el computador.

Al término de este trabajo de investigación se espera tener evidencia empírica que contribuya a entender si el cerebro trata la creación de programas a mano (escribiendo en papel) igual o diferente que cuando se tipea en un computador. Este conocimiento sería una contribución importante para mejorar las actuales estrategias de enseñanza/aprendizajes de programación. Además, se busca tener un método de medición de bajo costo basado en mediciones de entropía y complejidad estadística para estudiar la actividad cerebral que se produce cuando se generan (crean) programas computacionales. Finalmente, se busca tener enunciados de problemas de programación (clasificados según niveles de dificultad) que podrán ser usados en otros proyectos de investigación.

Investigador Responsable: Dr. José Luis Jara.

Resumen: La Facultad de Ingeniería ha actualizado los perfiles de egreso de sus carreras y nuevas modalidades de titulación se han introducido para dar cuenta de su consecución, observando el desempeño de los estudiantes en ambientes reales. Asegurar que las expectativas y criterios de evaluación sean compartidos por todas las carreras de la Facultad, requiere contar con rúbricas consensuadas que den cuenta del logro del perfil de egreso transversal, complementadas con criterios de evaluación específicos a cada especialidad. El proyecto contempla tres fases. La primera busca sistematizar la información inicial, coleccionando documentación disponible, así como entrevistas a los diferentes departamentos. La segunda corresponde al análisis de la información recopilada para ser capaces de establecer indicadores de evaluación pertinentes. Finalmente, la tercera fase contempla la construcción de las rúbricas transversales de evaluación para cada modalidad. También se elaborará un manual para agregar indicadores de evaluación y niveles de logro para las dimensiones que sean de carácter específico a cada especialidad.

Investigador responsable: Mg. Luciano Hidalgo.

Resumen: A la fecha todos los planes de Ingeniería en su régimen diurno poseen un curso de Programación, Fundamentos de Programación para los planes de Ingeniería Civil y Fundamentos de Computación y Programación para los planes de Ingeniería de Ejecución. Como los cursos comunes de primer año de Ingeniería tienen una alta carga de estudiantes y una alta tasa de reprobación, la retroalimentación efectiva pasa a ser un tema fundamental para permitir a los estudiantes reflexionar respecto a su aprendizaje y corregir sus errores, tarea difícil para los equipos docentes, dado el volumen de estudiantes y lo lento que resulta revisar código. Es por ello, que se plantea la incorporación de herramientas de automatización, como, por ejemplo, programming judges y preguntas proceduralmente generadas para apoyar la evaluación formativa de los estudiantes en el área de la programación.

Otras iniciativas realizadas por el CICES

Responsable: Dr. José Luis Jara

Resumen: El CICES tiene la necesidad de contar con un conjunto de datos para desarrollar software o modelos y hacer pruebas que le permitan aprender del comporrtamiento de los estudiantes en los distintos ramos y carreras. Estas pruebas muchas veces las llevan a cabo tesistas, memoristas y ayudantes. Por ello es necesario trabajar los tados existentes para resguardar datos que son sensibles y que no debieran estar a la vista de los colaboradores del Centro. Para poder hacer esto, el Centro tiene como objetivo construir un ambiente de desarrollo que cuente con una base de datos de prueba que tenga datos que se parezcan mucho a los reales, sin serlo.

Por otra parte, a veces se hace necesario descargar datos de los estudiantes, pero esto implica encontrar una manera adecuada de anonimizar los datos. Técnicamente hay diferentes opciones, diferentes métodos para hacerlo. Esto se llama deidentificación. En este caso, el objetivo es que dado un conjunto de variables —campos se llaman en informática— que deben ser protegidos, se cuente con un software que permita marcar qué columnas y cuál es la  información uno quiere de las tablas. Algunos de estos datos no se van a entregar, otros se van a entregar encriptados y otros se van a entregar un poco modificados para que no sea posible  reconstruir la identidad de la persona a la cuál pertenecían estos datos. Por ello, se hizo un prototipo y se hicieron varias pruebas. Con lo que se aprendió, ahora es posible presentar un proyecto formal para poder trabajar, a futuro, con datos de Registro Curricular para analizar el comportamiento de los estudiantes.

Responsable: Dr. Mario Letelier

Resumen: Existen numerosas evidencias en la FING y otras facultades de Ingeniería nacionales de un deficiente rendimiento académico de los alumnos que ingresaron en 2020 y que por primera vez tuvieron evaluaciones presenciales el primer semestre del presente año. Se supone que la pandemia creó diversas distorsiones en el proceso formativo durante los años 2020 y 2021 que serían responsables por el menor rendimiento en las evaluaciones presenciales. Para poder determinar las acciones a seguir se hace necesario despejar si el problema de fondo es la no adquisición de los conocimientos correspondientes por parte de los estudiantes. Por ello se realizó un test de diagnóstico y su respectivo informe.

Responsable: Dr. José Luis Jara

Resumen: Entendiendo que el Centro está en un proceso de redefinición, se solicitó la confección de un documento y una base de datos de instituciones y redes que busca tener información actualizada y actualizable respecto a las siguientes preguntas:

  1. ¿Qué implicancias y significados tiene el concepto de innovación cuando es aplicado al ámbito de la educación superior?

  2. ¿Cuáles son los temas principales que atraviesan la innovación en la educación superior?

  3. ¿Cuáles son las orgánicas para realizar innovación que se dan las IES en Chile y el mundo?

  4. ¿Cuáles son las redes para intercambio de experiencias y gestión de conocimientos en el ámbito de la innovación en la  educación superior y cómo operan?

  5. ¿Cuáles son las principales revistas, conferencias y congresos a las que sería importante apuntar como CICES?

  6. ¿Las disciplinas STEM tienen alguna particularidad al momento de trabajar en torno a la innovación en sus procesos de enseñanza-aprendizaje?

En el contexto del Proyecto STEM que la Facultad de Ingeniería, la Red de Mujeres en Ciencia y Tecnología y el Departamento de Ingeniería Mecánica están desarrollando en conjunto con la empresa Komatsu; se llevaron a cabo 5 talleres con profesores de liceos técnico profesionales de las comunas de Antofagasta, Calama, Renca, Quilicura y Alto Hospicio. En total participaron un total de 60 profesores/as.

El objetivo de los talleres fue que los profesores/as al finalizar el taller fueran capaces de:

  • Analizar los sesgos cognitivos y emocionales que influyen en que las estudiantes mujeres no se sientan atraídas por las asignaturas STEM

  • Formular conjeturas sobre qué acciones es posible implementar para disminuir estos sesgos cognitivos y emocionales

  • Incorporar preguntas que permitan la neutralización de dichos sesgos

Para ello, el CICES usó la metodología CEFE desarrollada por la agencia de cooperación alemana GTZ sobre la base de experiencias prácticas que permiten a los participantes aprender haciendo a partir de ejercicios vivenciales.

La Red de Mujeres en Ciencia y tecnología de la Universidad de Santiago de Chile desarrolla la iniciativa Motiva Talks, que consiste en charlas que dan las estudiantes mujeres de la Facultad de Ingeniería a estudiantes de establecimientos educacionales. Como forma de apoyar la realización de esta iniciativa el CICES realizó dos formaciones con las estudiantes que irían a dar las charlas. La primera, llamada “Comunicación para la acción”, estaba orientada a que las participantes aprendieran a relatar testimonios adecuados para lograr entusiasmar a las jóvenes respecto a la posibilidad de incluir las carreras STEM dentro de sus reflexiones para la elección de carrera futura. La segunda, llamada El poder de las conversaciones”, estaba orientada a que las participantes aprendan a diseñar conversaciones grupales (talleres) que promuevan apertura y cambio de paradigmas entre los participantes, incluyendo el uso de ejercicios y dinámicas grupales. En total se realizaron 16 horas de talleres.

Ponencias y publicaciones

Autores: Jacqueline Kohler, Luciano Hidalgo, Jose Luis Jara  ́

Resumen: Dados los avances en automatización de procesos y servicios, la programación resulta un elemento clave en la formación de profesionales de carreras científicas. Sin embargo, programar no es una habilidad sencilla de adquirir. Con el objetivo de identificar qué variables son las que mayor correlación tienen con la aprobación a la hora de programar, se estudian los datos de estudiantes del curso de Fundamentos de Computación y Programación, común para estudiantes de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Santiago de Chile, con el objeto de predecir la aprobación o reprobación de la parte teórica del curso. Para esto se usan diversos clasificadores: Máquinas de Vectores Soporte (SVM), Regresión Logística, Árboles CART, Extreme Learning Machines (ELM), Random Forest y Extreme Gradient Boosting (XGB).

Los algoritmos seleccionados se utilizan sobre un conjunto de datos de 3.130 estudiantes que cursaron la asignatura entre los años 2015 y 2019. El mejor clasificador se obtiene utilizando SVM con kernel radial y alcanza una exactitud de 68,6% para predecir si el estudiante aprueba o reprueba la parte teórica del curso.

Palabras clave: Aprendizaje Automático, CS01, Programación en Ingeniería.

Autores: Roberto Ortega, Héctor Reyes, Miguel Peña, Felipe Aguilera

Resumen: A partir de la crisis sanitaria producto del COVID-19, varias asignaturas dentro del plan de carrera de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Santiago de Chile cambiaron su modalidad al método e-learning, utilizando un campus virtual creado a través de Moodle. Junto con ello, la implementación de actividades programadas, clases virtuales y respectiva grabación de esta misma, así como trabajo asincrónico promueven el aprendizaje autónomo y una alternativa viable hacia una nueva forma de enseñanza. Para el caso concreto de la asignatura “Ingeniería en Mantenimiento”, el propósito de la implementación se sustenta en la necesidad de emular procesos de mantenimiento reales de la industria, desarrollar la capacidad técnica y analítica de los estudiantes y facilitar la enseñanza utilizando los programas de simulación que permitirán procesar la información de mantenimiento que cada día generan los activos físicos de las empresas. En vista del uso de softwares como principal fuente de evaluación y ante una modalidad virtual más presente que nunca, la idea de este proyecto es un acercamiento concreto hacia la inserción de Inteligencia Artificial (IA) en una plataforma ya desarrollada, incorporando algoritmos supervisados o semi-supervisados para la gestión de información relacionada a los estudiantes del curso.

Palabras clave: virtualización, mantenimiento, simulación, educación virtual, confiabilidad.

Autores: Jacqueline Kohler, Luciano Hidalgo, Jose Luis Jara  ́

Abstract: Abstract—The great advances in processes and services automation has turned programming skills into a key element in the formation of new professionals, specially in scientific disciplines. However, students often struggle to develop such skills.

This article aims to identify which variables show the highest correlation with success in learning to program. For this purpose, the research team gathered data of various cohorts of students coursing an initial programming course, common to all the engineering programmes offered by the Facultad de Ingeniería of the Universidad de Santiago de Chile.

The data set contained information of 3,130 students who took the course between 2015 and 2019.

The data was then studied in order to predict success or failure in the theory part of the course, which also has a laboratory. Several classifying methods were considered for this purpose, namely: Support Vector Machines, Multivariate Logistic Regression, CART Trees, Extreme Learning Machines, Random Forests and Extreme Gradient Boosting. Best results are achieved using radial kernel Support Vector Machines, with an accuracy of 68.6%, to predict if a given student passes or fails the theory part of the course.

Index Terms: machine learning, CS01, programming in engineering

Autores: Luz Mairet Chourio-Acevedo, Graciela Madrid, José Luis Jara, Mónica Villanueva

Resumen: La deserción estudiantil es un problema presente en diversas instituciones de educación superior en Latinoamérica. En Chile, el Departamento de Ingeniería Informática (DIINF) de la Universidad de Santiago de Chile (USACH), se propuso conocer los principales factores que explican la deserción de los estudiantes de primer año (Bello, Köhler, Hinrechsen, Araya, Hidalgo, Jara, 2020). Para evitar esta situación fue diseñado un programa de acompañamiento entre pares, denominado Cachorr@404. A través de esta iniciativa se brinda un apoyo a las y los estudiantes de primer año de las carreras del DIINF, que abarca desde tutorías en asignaturas fundamentales en el plan de estudios, hasta el acompañamiento en la adaptación a la vida universitaria por parte de un grupo de tutores. El programa se coordina a través de un equipo de profesionales de diversas áreas para un acompañamiento integral, lo que permite desarrollar un trabajo de investigación, a la par de la implementación del programa.

El propósito de este trabajo es evaluar la percepción de la implementación del programa Cachorr@404 desde la perspectiva de las y los estudiantes que han participado como tutores desde el año 2018 hasta el 2021. Para dicha evaluación, se diseñó un grupo focal con énfasis en categorías como: trayectoria y experiencia en la Universidad, identificación de fortalezas y debilidades del programa de acompañamiento y, finalmente, proyecciones de su trayectoria y del programa. Así, se adoptó una mirada exploratoria–descriptiva, permitiendo determinar temáticas o categorías relevantes. Se consideraron técnicas de levantamiento de información cualitativa, aplicadas al equipo de tutores. Este instrumento cuenta con la aprobación del Comité de Ética Institucional de la Universidad de Santiago de Chile.

Los resultados de este trabajo permiten conocer tanto las fortalezas del programa para potenciarlas, así como establecer estrategias de mejora en el corto y mediano plazo de algunas debilidades.

Resulta interesante conocer lo que ha significado la implementación del programa para las y los tutores, ya que genera una instancia de práctica docente para quienes deseen realizar en un futuro ayudantías o dedicarse a la docencia, además del desarrollo de habilidades de comunicación. Se evidencia que el programa de acompañamiento entre pares genera beneficios tanto para quienes ejercen el rol de tutor/a, como para quienes asisten a las tutorías. Así mismo, contribuye en los procesos de socialización que se han visto afectados por la ausencia de presencialidad en los últimos semestres.

Descriptores o Palabras Clave: deserción, tutoría entre pares, acompañamiento, inserción en la vida universitaria.

Charlas a la comunidad universitaria

Expositor: Dr Mario Letelier

Resumen: En esta charla se explorarán las dimensiones profesional, social y personal en la perspectiva del conocimiento y habilidades requeridos para enfrentar un futuro marcado por el rápido avance del conocimiento y sus aplicaciones, por el cambio demográfico y social y por la mayor expectativa de vida de las personas.  Se hará especial énfasis en la formación universitaria de los ingenieros e ingenieras en esta proyección.

Público objetivo: Jefes de carrera y estudiantes de los últimos semestre de las carreras de la FING.