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La Fábrica del Aprendizaje
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Destrezas de Ingeniería para el Siglo 21
• Fuertes capacidades técnicas• Destrezas de comunicación y persuasión• Habilidad para trabajar efectivamente como miembro de un equipo de trabajo• Entendimiento de las fuerzas no técnicas que influyen en gran manera en las decisiones de ingeniería• Compromiso con el aprendizaje continuo
Agradecimiento a: Prados, 1998
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Núcleo de los Criterios de ABET ABET 20002000
Currículos de ingeniería orientados hacia
resultados
•destrezas y capacidades del graduado de
ingeniería
•responder a las necesidades de los
constituyentes
Componente de evaluación de resultados
•continuo
•proceso de re-ingeniería
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Cambios Mayores
• Criterio # 1: Evaluar, aconsejar y dar seguimiento al aprendizaje de los estudiantes en base a los objetivos
• Criterio # 2: Establecer objetivos educacionales del programa
• Criterio #3: Tener un proceso de evaluación continuo
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Los programas deben demostrar que los estudiantes poseen lo siguiente:
a. habilidad para aplicar conocimientos de matemáticas, ciencias e ingeniería
b. habilidad para diseñar y conducir experimentos, y analizar información
c. habilidad para diseñar un componente de sistemas o procesos
d. habilidad para trabajar en equipos multidisciplinarios
e. habilidad para identificar, resolver y formular problemas de ingeniería
f. entendimiento de las responsabilidades profesionales y éticas
g. habilidad para comunicarse efectivamente
h. entender el impacto que tienen la soluciones de ingeniería en el contexto social y global
i. mantenerse aprendiendo continuamente
j. conocimientos de temas de la actualidad
k. habilidad para utilizar las técnicas, destrezas y herramientas de ingeniería necesarias en la práctica de la ingeniería
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¿Qué hacer?¿Qué hacer?
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Antes de ABET 2000Antes de ABET 2000
1. Plan estratégico departamentalmetas, objetivos, métricas
2.Recursos Presupuesto
3. Estrategias de Implantación yPlan de trabajo
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Nuevos Criterios de Nuevos Criterios de ABET ABET 20002000
Completan el ciclo de Completan el ciclo de mejoramiento de la calidad mejoramiento de la calidad
en el proceso de la en el proceso de la educación educación
Constituyentes
1. Plan estratégico departamamental
metas, objetivos, métricas
2. Recursos Presupuestados
3. Estrategias de implantación
4. Evaluacióncriterios, herramientas de evaluación, colección de datos, análisis e informe
5.Retroalimentación
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¿Cómo responder?
Estudiantes destrezasy conocimientos
Graduandosdestrezas yconocimientos
Constituyentes
,,
-- Una alternativa: la Fábrica del Aprendizaje
1. Plan estratégico departmamental
metas, objetivos, métricas
5.Retroalimentación
4. Evaluación
criteríos, herramientas de
evaluación, recolección de
datos, análisis y informe
3. Estrategias de implantación
y “milestones”
2. Recursos
Presupuestados
La Fábrica del Aprendizaje
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La Fábrica del AprendizajeLa Fábrica del Aprendizaje:Un “nuevo” paradigma en la educación de Un “nuevo” paradigma en la educación de ingeniería desarrollado por: ingeniería desarrollado por:
Manufacturing Engineering Education Manufacturing Engineering Education Partnership (MEEPPartnership (MEEP))
• Proceso de desarrolloProceso de desarrollo• DescripciónDescripción
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Washington
Puerto Rico
PennsylvaniaSandia
La Alianza
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MEEP – El proyecto
• NSF 1994• Educación en ingeniería de
manufactura a través del currículo
• Uno de un total de 50 proyectos (~350 propuestas)
• Cantidad otorgada = $2.75M por 3 años
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Receta para una innovación exitosa
1. Una necesidad2. Una buena idea 3. Un fuerte liderazgo central
Un plan estratégicoResponsabilidad y autoridad distribuídaUn jefe o líder
4. Un equipo efectivoUn número manejable de socios Diversas destrezasUna visión compartida
5. Apoyado por el sector productivo6. Atención al diseño del proceso pedagógico
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El Proceso
Plan Estratégico
Plan Operacional
Implantación
Evaluación
Retroalimentación
Diseminación
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El Proceso
• Situación actual• Resultados deseados• Misión/visión• Metas/objetivos• Estrategias• Evaluación (métricas)
Plan Estratégico
Contestando las interrogantes:
¿Dónde nos encontramos?¿Dónde deseamos estar?¿Cómo podemos llegar?
Contestando las interrogantes:
¿Dónde nos encontramos?¿Dónde deseamos estar?¿Cómo podemos llegar?
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¿Dónde estábamos en 1994?
• Énfasis en la búsqueda de fondos para investigación
• Los currículos de ingeniería eran altamente teóricos, analíticos y pasivos
• Las conferencias en el salón de clases eran el mécanismo predominante de enseñanza
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• La industria desea ingenieros que puedan:– aplicar los fundamentos– formular y resolver problemas– diseñar y desarrollar proyectos– trabajar en equipos– aprender por sí mismos– manejar la ambigüedad
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Plan Operacional
El Proceso
UW
Penn State
UPRM
Sandia
Desarrollo de CursosDiseminación
Fábrica del aprendizaje
Alianza conla industria
X
X
X
X
Plan Operacional• Distribución de tareas• Desarrollo y
mantenimiento de equipos
• Comunicación
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Tareas del Proyecto
Modernas facilidades La Fábrica del Aprendizaje
Realización de ProductoCurrículo
Alianza fuerte conIndustria
Diseminación
Un día promedio en la Fábrica del Aprendizaje (PSU)
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• Desarrollo de Cursos• Facilidades de la Fábrica del Aprendizaje•Colaboración de la Industria
Implantación
El Proceso
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La Fábrica del Aprendizaje
Último año
Disección de ProductoGráficas y Diseño
EmpresarialIngeniería Concurrente
Proyecto Interdsciplinario de Diseño
Ingeníero Profesional
Procesos avanzados de ManufacturaProceso de Manufactura
La especialización secundaria en la Realización de un Producto desarrolla unos fundamentos firmes para una carrera profesional
Currículos Prácticos
Fábrica del Aprendizaje en UW
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Misión de MEEP
Manufactura
Realidades de Negocio
Diseño
Integrar al currículo de ingeniería…
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Tácticas
•14,000 pies cuadrados de modernas facilidades de la Fábrica del Aprendizaje •Fuerte sociedad con la industria (más de100 compañías)•Nuevos cursos y opciones en cada universidad conducentes al grado en Realización de Productos•Proyectos de diseño interdisciplinarios con la industria•Ingenieros profesionales en el salón de clases•Intercambio de tecnología entre universidades, Sandia y NSF•Diseminación a otras universidades
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PSU Product Realization Minor
• Core courses– Me 288 Product
Dissection– IE 466 Concurrent
Engineering– IE 424 Process Quality
Engineering– EE 407 Technology-
Based- Entrepreneurship
• Senior Capstone Design• 6 créditos en
manufactura
UPRM Certificado enManufactura
Cursos nuclearesINME 3810 Product DissectionADMI 3100 Technology-Based- Entrepreneurship ININ 4810 Concurrent Engineering
Senior Capstone Design
UW Minor
Cursos• ME 495 Capstone Design
• INDE/ME 498 Concurrent Engineering
• INDE/ME498A Technology Based Entrepreneurship
• ME 395 Product Dissection
• INDE 451 Statistical Quality Control
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EvaluaciónRetroalimentación a
los constituyentesDiseminación
Plan Estratégico
Plan Operacional
Implantación
El Proceso
Evaluación
Retroalimentación Diseminación
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Cursos Nucleares de La Fábrica del Aprendizaje
Disección de Producto
Gestión Empresarial Basada en la Tecnología
Ingeniería Concurrente
Disección de ProductoGráficas y Diseño
EmpresasIngeniría Concurrente
Proyectos de diseño interdisciplinarios
Ingeníero Profesional
Procesos avanzados de manufacturaProcesos de Manufactura
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Filosofía de los Cursos de MEEP
No a las clases tradicionales conénfasis en conferencias Experiencia Práctica:
“Yo oigo, olvidoYo veo, recuerdo
Yo hago, entiendo”
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Desarrollo Curricular
• Desarrollo de equipos para cada curso– profesores de todas las instituciones – representantes de la industria– estudiantes
• Tabla de Capacidades y Destrezas• Estrategias de enseñanza/aprendizaje
– Actividades de la Fábrica del Aprendizaje– Expertos en el salón de clases– Visitantes de la industria
• Cursos Pilotos• Evaluación y Retroalimentación• Institucionalización• Diseminación
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Tabla de destrezas y capacidades
Temas Currículares
Disección de Producto Ingeniería Concurrente Empresariales Ingeniería de Procesos de Calida
Proyeto de diseño en el ultimo añoS
Fundamentos de Ciencia de Ingeniería
P P P P P
Síntesis de Diseño B B B B A
Métodos de Probabilidad N/A N/A N/A A A
Creatividad B R B R A
Destrezas de Comunicación B A A B A
Destrezas de Equipo B A A A A
…
…
Legenda: R= resumen B = Básico A = Avanzado P = Pre-requisito N/A = No aplica
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Plantilla del Curso
Módulo CONTENIDO DESTREZAS* Comunica-
ción Solución de problemas Conocimiento
de Negocios Creatividad Trabajo en
equipo Otros
MÉTODO DE ENSEÑANZA Conferencias Fábrica del
Aprendizaje Expertos en
el Salón de Clases
Excursiones de Campo
Proyectos Informes
orales y escritos
Equipos Otros
HERRAMIENTAS DE EVALUACIÓN Exámenes Pruebas cortas Asignaciones A la medida
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DISECCIÓN DE PRODUCTOS
•Disección de productos, ingeniería inversa y análisis competitivo como herramientas de diseño•Desarrollo de Equipos•Materiales y Selección•Proceso de diseño del producto y ciclo de vida del producto•Historia de la Tecnología
Dibujo de taladro por estudiante
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Objetivos del Curso
Aprender sobre ingeniería y diseño de productos a través de:
1. Diseccionar los productos de consumo e industriales con el fin de determinar cómo funcionan, cómo fueron hechos y cómo pueden ser mejorados
2. Explicar la función de estos a través de la aplicación de los principios físicos apropiados
3. Comunicar la función efectivamente – oral, escrita, electrónica y gráficamente
4. Desarrollar las destrezas de razonamiento visual y las aptitudes mecánicas
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Contenido del CursoContenido del Curso
ref. Engineering Design Graphics, J. H. Earle, pg. 18, used by permission ofAddison Wesley, ©1990, all rights reserved
Proceso de Diseño
Investigación de los productos y las máquinas
• Historia • Operación física• Diseño• Construcción • Consideraciones Sociales• Ética• Asuntos tecnológicos: el éxito vs. el fracaso en el mercado
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Disección: Los Productos
Motor CI
Taladro
Bicicleta
Teléfono
CámaraDesechable
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Gestión Empresarial Basada en la Tecnología
• Enfoque en el proceso de comenzar, financiar, y dirigir un negocio. También se enfoca en la gerencia de las empresas ya existentes. Incluye temas tales como: Análisis del Mercado, Especificación del Diseño de un Producto, Plan de Negocios y Gerencia Estratégica.
• Provee una amplia experiencia práctica en los procesos de creación y mercadeo de nuevos productos.
• Comienza con el proceso de generación de ideas y finaliza con el plan para la comercialización de nuevos productos.
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Metodología de Diseño
¿Cúal es el problema real?
Dividir problema en problemas más pequeños
Dividir problema en problemas más pequeños
Incubación
Generación de ideas
Selección de unaidea creativa
Implantación de la ideaImplantación de la idea
Evaluar desempeño y repetir si ha ocurrido alguna falla
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Flujo de Actividades
EstudiantesIndividuales
Equipo
Fundamentos delDesarrollo de equipos
Creación deequipos
Ejercisios de Desarrollo de equipos
Crear la misióndel equipo
Actividades deEquipo requeridas
El problema
Metodología desolución de problemas
Consultas a la Facultad
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Ingeniería Concurrente
Aprender sobre la ingeniería concurrente y la manufactura y entrega de un producto, a través de:– La integración de las funciones de un
negocio:• desde la voz del consumidor hasta• la revisión del producto, y,• la viabilidad del negocio
– El trabajo en equipos interdisciplinarios – El seguimiento a los proyectos de GEBT– Mejorar los prototipos
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Contenido
• Estudio de casos, demostraciones de laboratorio, proyectos, lecturas relacionadas a la ingeniería concurrente
• Filosofía del curso– voz del consumidor– interfase entre manufactura y diseño– gerencia de proyecto– asuntos relacionados al ciclo de vida del
producto– costo del producto
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Experiencias en UPRM
Temas de los proyectos:•Juguetes para niños con impedimentos•Productos orientados a la conservación del ambiente•Salud y Acondicionamiento Físico•Seguridad Personal
Sobre 200 estudiantes y 50 proyectos
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Facilidades de la Facilidades de la Fábrica del Fábrica del AprendizajeAprendizaje
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¿Qué es La Fábrica del Aprendizaje?
• Es un lugar:– Donde los estudiantes y la facultad
interactúan– Practican lo que aprenden– Tiene estructura flexible
• Se ha implantado en:– UPRM– PSU– UW
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Elementos Básicos
• Estudio para el diseño• Procesos de Manufactura
– Prototipo Rápido
• Área de Disección• Líneas Piloto de Manufactura
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Concepto de la Fábrica del Aprendizaje en UPRM
Hard Automation Lab - PLC's - Pneumatics - Sensors - Actuators
Design and Simulation Lab - Discrete Event Simul. - CAD - CAM - CAE
Manufacturing Processes Lab - Machining - CNC
Artificial Intelligence Lab - Expert Systems - Neural Networks - Fuzzy Logic
Fábrica del Aprendizaje
PVC LINE
SMT ASSY' LINE
TABLET MFG
INJECTION MOLDING
Prototyping Lab - Machine Tools
- Electronic Testing Equipment - Components/ Parts
Software Automation Lab - Industrial Robots - Computer Vision
Pharmaceutical and Food Processing Lab - Granulation - Drying - Encapsulation - Tablet Compression - Water Purification
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Facilidades de la Fábrica del Aprendizaje en UW
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La Fábrica del Aprendizaje en PSU
• Diseño y manufactura bajo un techo
• No departamental• Servicio inmediato• Abierto de 8am- 10pm• Personal técnico a
tiempo completo• Talleres y cursos• Apoyo interno y
externo
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Barreras Potenciales
• Administración• recursos y distribución de espacio
• Facultad• que acepte el concepto y que participe
• Estudiantes• tiempo que requiere las nuevas estrategias de aprendizaje
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Factores de Éxito de la Fábrica del Aprendizaje
• Satisface una necesidad: – Experiencias prácticas
• Contar con un fuerte apoyo administrativo
• Participación de la industria• Que las facilidades sean
compartidas y multi-disciplinarias• No se le cobra al usuario• La presencia de un “Maestro”
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Evaluación
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Metas de Evaluación de MEEP
• Probar si se han alcanzado las metas y objetivos
• Determinar la calidad del programa• Informar a los constituyentes• Utilizar los resultados de las
evaluaciones para desarrollos posteriores
• Promover el cambio en las instituciones
• Diseminar resultados
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Diseño del Proceso de Evaluación Continua
• Estudiar las metas del proyecto, tareas y resultados esperados de acuerdo al plan estratégico
• Identificar Métricas• Establecer Criterios• Desarrollar herramientas de
evaluación• Llevar a cabo las evaluaciones• Analizar los resultados• Informar a los constituyentes
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Métricas Cuantitativas
Desarrollo de Currículos (DC)• Número de cursos desarrollados y modificados utilizando la Fábrica del Aprendizaje• Número de estudiantes, facultad, y personal de apoyo• Estudiantes empleados• Número de proyectos industriales• Número de ingenieros y expertos en el salón de clases• Número de módulos de cursos transferidos• Número de peticiones de información
Fábrica del Aprendizaje (FA)
• Adquisición de recursos y donaciones• Utilización de estudiantes• Número de proyectos o actividades• Actividades de adiestramiento
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Socios de la Industria (SI)Número de socios industrialesNúmero de graduados del programa reclutados por los socios de la industria Número de horas de consultoría a la industria Número de estudiantes matriculados en internadosNúmero de proyectos industrialesPublicaciones
DiseminaciónNúmero de cursos desarrollados compartidos Número de instituciones diseminadasNúmero de cursos utilizados por otras institucionesNúmero de estudiantes que participan en las actividades de diseminaciónNúmero de ponencias y presentacionesNúmero de participantes en los talleresNúmero de actividades de diseminación
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Evaluación...
• Elementos– interno, externo, criterios múltiples,
holístico, componentes cualitativos y cuantitativos
• Equipo Evaluador – líder– representantes institucionales e industriales
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Recursos y Herramientas
• Plan Estratégico• Evaluación global: Matriz • Matrices individuales por tarea • Instrumentos de Evaluación
– encuestas– grupos focales– asesores externos
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Tareas
Metas y Objetivos Stakeholders
Student Faculty Industrials/others
Develop a new interdisciplinary, practice-based Curriculum which emphasizes the interdependency of manufacturing and design, in a business environment
X X X
Desarrollo de Currículos Develop a new paradigm for coalition-wide course development, sharing and export to the academic community at-large
X X
Integrate these new courses into the permanent academic programs of the respective universities X X X Facilitate and encourage the inclusion of more design/manufacturing content into existing courses X X X
Implement the Integrated Learning Factory (ILF) to support curriculum activities locally and across the partnership
X X X
Integración de la Fábrica del Aprendizaje
Initiate the capstone design project course with industrial support X X X
Establish linkages to partnership school facilities and activities local industry and community colleges national industry, universities, and research institutions.
X X X
Establish a local Industrial Advisory Board X X Create a liaison that will interact with the coalition task leader for Industrial Partnership X X Socios de la Industria Expand the industrial sponsor base X X X Coordinate the development of industrial based projects for undergraduate students , and exchange
progams to support the curriculum X X X
Identify strategies to amplify the effectiveness of the Learning Factory X X X
Diseminación Develop a process for the members to fully share instructional, laboratory, and manufacturing facilities. X X X Develop a process for external institutions to participate in the MEEP educational program. X X X
Matriz Global
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Pregunta 1: Was a new interdisciplinary, practice-based curriculum which emphasizes the interdependency of manufacturing and design, in a business environment developed?
Subpreguntas Data Collection Approach
Respondents1
Schedule2
1a. ¿ El Programa permite a los estudiantes poner en práctica sus fundamentos en la ciencia de ingeniería al solucionar problemas de la vida real?
Questionnaire (Q) or Focus Group (FG) Samples
S, F, I
1b. ¿Se enfatizaron las destrezas de comunicación professional y de trabajo en equipo? Q or FG Samples Interviews
S, F, I
1c. ¿Se hace uso extenso de estudio de casos, técnicas activas de aprendizaje, tecnologías de computadora en el salón de clases?
Q or FG Samples
S, F
1d. ¿Proveyo el programa experiencias prácticas de ingeniería que previamente no estuvieron disponibles? Q or FG S, F 1e. ¿Las escuelas socios intercambiaron información y aprendieron las unas de las experiencias de otras? Q or FG S, F, I 1f. ¿Tomaste cursos con estudiantes cuya disciplina era diferente a la de ingeniería? Q or FG S 1g. ¿Desarrollaste o modificaste cursos para acomodar múltiples discplinas de ingeniería? Q or FG F Question 2: Was a new paradigm for coalition-wide courses development, sharing and export to the academic
community at-large developed? Subpreguntas: Data
Collection Approach
Respondents
Schedule
2a. ¿ Se compartieron ideas y recursos, evitando así esfuerzos redundantes? ¿ Se utilizaron las nuevas tecnologías de comunicación logrando así el consenso en cuanto al contenido del curso?
Q or FG Samples
S, F, I
2b. ¿Fueron transportados fácilmente los materials currículares desarrollados, a los socios de MEEP, y exportados a la comunidad académica?
Q or FG
S, F
2c. ¿ Se utlizaron las tecnologías de computadoras, y las comunicaciones electrónicas? Q or FG Samples
S, F
2d. ¿Participaste junto a los profesores de la sociedad para desarrollar los materials del curso? ¿Cuán efectivamente? Q or FG F
1 S: students; F: faculty; I: industrial partners; O: others [e.g., other institutions outside the partnership] 2 Assessments all carried out at the conclusion of the project.
Matrices de Tareas Individuales
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Herramientas de Evaluación
• Trabajo en Equipo• Presentaciones
orales• Informes escritos• Curso• Enseñanza• Investigación de
grado• Internados
• Encuesta a la industria
• Encuesta a la facultad
• Encuesta a los estudiantes
• Grupos Focales• Asesores
externos
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Otras Herramientas de Evaluación
• Gloria Rogers’: Stepping Ahead: An assessment Plan Development Guide ([email protected])
• Linda Suskie’s: Questionnaire Survey Research, 2nd ed., Association of Institutional Research
• NSF’s User Friendly Handbook for Project Evaluation: SMET Education, NSF 93-152
• Survey Pro Software, Apian Software, Menlo Park, CA
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Algunos Resultados Cuantitativos
• Nuevas especializaciones secundarias u opciones @ cada institución
• 1,333 estudiantes participaron en los primeros dos años
• 43 profesores
• Sobre 100 socios de la industria – $2.3 millones en efectivo y donativos
• 1,700 metros cuadrados de facilidades
• Material curricular diseminado a otras instituciones
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Algunos ResultadosMeta Evaluación (de acuerdo
totalmente de acuerdo)
Se proveyeron problemas de la vida real
El programa permitió prácticar con problemas de la vida real
100% de los socios de la industria (SI)
88% de los estudiantes
Se enfatizaron las destrezas de comunicación
Se enfatizaron las destrezas de trabajo en equipo
89% de los SI, 93% de la facultad, 97% de los estudiantes
93% de los SI, 93% de la facultad, 97% de los estudiantes
La calidad del programa es superior
72% de la facultad
Mejor entendimiento de la ingeniería
Más confianza en la habilidad de enseñarse a ellos mismos
Se utiliza extensamente el aprendizaje activo
78% de los estudiantes 80% de los estudiantes 82% de los estudiantes
Los cursos de MEEP son más divertidos
82% de los estudiantes
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Resultados
Meta Evalaución (de acuerdo o totalmente de acuerdo)
IAB locales proveyeron guía estratégica y operacional a los socios
68% de los Socios de la Industria (SI)
IAB proveyó apoyo a MEEP 79% de los SI, 90% de la facultad
Los estudiantes de MEEP son más útiles para las organizaciones
Es más probable contratar a un estudiante de MEEP
95% de los SI 79% de los SI
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Resutados
• Diseminación– Publicaciones, presentaciones– CD-ROM – PaSCoR– ABET 2000– Otras instituciones han adoptado o
adaptado el concepto de la Fábrica del Aprendizaje
– Talleres
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Comentarios…
• “ . . . la industria tiene un impacto en el desarrollo curricular, los estudiantes y la facultad…y tienen un impacto en nuestra compañía.”
• “Las experiencias prácticas son útiles y necesarias.”
• “MEEP es exitoso por la clase de personas que participan…personas que se preocupan por el tipo de educación que los estudiantes reciben.” –
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Asesores Externos
• 7 asesores externos• Un amplio peritaje
• Retroalimentación por medio de:• la participación en la reuniones de MEEP• las encuestas completadas• entrevistas llevadas a cabo en las conferencias
de ASEE • revisión de los materiales de los cursos
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Respuesta a la evaluación
• Continuar con las evaluaciones y con la re-ingeniería de los resultados del programa• Aumentar el uso de la Fábrica del Aprendizaje
– Expandirlo a otros cursos de ciencia y ingeniería
– Aumentar los esfuerzos de mercadeo• Mantener y aumentar los esfuerzos de
diseminación del proyecto• Utilizar la experiencia para los criterios de ABET 2000 en UPRM
Para hacer:
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Actividades Actuales de UPRM
• Diseminación – materiales del cursos • Nuevas Iniciativas
– Modelo de la FA - NASA PaSCoR
• Talleres– ASEE, FIE, ICEE– Universidades locales y nacionales – Auspiciados por NSF, Raytheon & Microsoft
• ABET
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¿Por qué este programa ha sido un éxito?
• Plan estratégico• Actitudes • Equipos• Liderazgo• Participación de todos los
constituyentes• Deseo de cambio y de aprender