Elementos de motivación aplicados a la docenciauniversitaria en Robótica

Francisco MartínUniversidad Rey Juan Carlos

Fuenlabrada, Españafrancisco.rico@urjc.es

José María CañasUniversidad Rey Juan Carlos

Fuenlabrada, Españajosemaria.plaza@urjc.es

RESUMENLa Robotica es un area de conocimiento transversal pre-

sente en carreras universitarias relacionadas con la ingenierıamecatronica, automatica, electronica y ciencias de la compu-tacion. Cada una se centra en una de las partes del diseno,construccion y/o programacion de un robot, ya sea movilo industrial. En la asignatura de Robotica que impartimosen la URJC nos centramos en la programacion de robotsmoviles capaces de realizar tareas propias de un robot deservicio, resolviendo problemas como la percepcion, navega-cion y generacion de comportamientos “inteligentes”. Estetrabajo describe la aplicacion en la docencia esta asignatu-ra de elementos motivacionales como la gamificacion y eluso de redes sociales. Las practicas se plantean como variascompeticiones donde los alumnos contrastan sus resultadosunos contra otros y contra el reloj. Ademas, cada estudiantedifunde sus resultados y los videos de sus practicas en lasredes sociales. El resultado fundamental es un aumento enla motivacion, que se ha medido empıricamente a traves deencuestas anonimas.

Palabras ClaveGamificacion, microblogging, Robotica, Docencia Unive-

ritaria

1. INTRODUCCIÓNLa gamificacion (o ludificacion) en docencia consiste en

el uso de tecnicas, elementos o dinamicas propias de juegospara potenciar la motivacion y la atencion en los estudian-tes, con el fin de mejorar la adquisicion de conocimientospropios de la materia impartida. Este termino [2] tiene suorigen en la industria de los medios de comunicacion digi-tales, alrededor de 2008 [4], aunque fue a partir de 2010cuando se comienza a usar ampliamente [1][10]. Aplicada ala docencia, este tecnica puede lograr que los estudiantes seinvolucren, motiven, concentren y se esfuercen en participaren actividades que antes se podrıan clasificar de aburridas,y que con esta tecnica se pueden ver como creativas e innvo-dadoras[6]. La gamificacion es un elemento muy importantedentro de b-learning [8], o blended learning, donde se combi-na la ensenanza presencial con la esnsenanza en lınea, i.e.semipresencial.

El uso de microblogging, en especial Twitter, aplicado aformacion superior ha demostrado ser un elemento innova-

Jornadas de Innovación y TIC Educativas - JITICE’1624-28 de octubre de 2016, Universidad Rey Juan Carlos, Móstoles, Madrid

dor que potencia la adquisicion de conocimientos, principal-mente promocionando el debate y la discriminacion de infor-macion [3][5]. No hay muchos trabajos que muestren comoel uso de esta herramienta motiva a los alumnos al presentarsus resultados a un publico interesado en su campo. Nuestratesis es que los alumnos pueden motivarse a realizar bue-nas practicas si pueden mostrarlas, haciendo que lleguen apublico tecnico o incluso a posibles futuros empleadores.

Este trabajo muestra como aplicar estas tecnicas en laensenanza en las practicas de la asignatura de Robotica enel grado de Telematica en la Universidad Rey Juan Carlos(URJC). Los alumnos tienen un perfil tecnico, aunque noorientado hacia la Robotica en particular. En ocasiones nose sienten motivados al aprendizaje de una materia con tantacarga de programacion y matematicas que, a priori, pareceno tener una relacion clara con el nucleo fundamental de sutitulacion.

2. CONTENIDOSLa asignatura esta oriendada a que el alumno conozca los

elementos y conceptos fundamentales de la Robotica, ha-ciendo especial enfasis en la Robotica Movil. El temario deteorıa incluye:

Sensores y actuadores. Dispositivos sensoriales ha-bituales, motores.

Comportamientos reactivos. Accion decidida porreglas sencillas que controlan la actuacion frente a es-tımulos simples percibidos por los sensores. Contro-ladores PID. Incluye control visual del robot, que semueve en base a la informacion extraida del analisisde imagenes mediante filtrado de color.

Construccion de mapas y fusion sensorial 3D.Mapeado del entorno, representacion local a partir deinformacion de una camara 3D y un sensor laser. Razo-namiento 3D y cambio de sistema de referencias (globalvs robot).

Tecnicas de navegacion, tanto locales mediante VFF(Virtual Force Field) como globales mediante genera-cion de rutas basadas en gradientes (GPP).

Tecnicas de autolocalizacion. Tecnicas probabilıs-ticas, filtros de partıculas.

Para las practicas se cuenta con dos robots Kobuki1. Es-tos robots de bajo coste son ideales para la docencia. Permi-ten que los estudiantes monten la estructura que consideren1http://kobuki.yujinrobot.com/

adecuada para cada prueba, equipando al robot con cama-ras 2D, camaras 3D, sensores laser y brazos roboticos, entreotros (Figura 2). Cada estudiante habilita un zocalo en el ro-bot para poner su portatil, al que se conectan los sensores,que realiza el procesamiento y envıa comandos de actuacional robot.

Figura 1: Estudiante usando el robot Kobuki realyese mismo robot en un mundo simulado en Gazebo.

Ademas, los estudiantes tienen la posibilidad de realizarsus practicas en el simulador Gazebo2 (Figura 2). Este si-mulador realista permite depurar las practicas antes de pro-barlas en el robot fısico, y realizar las practicas en casa sinnecesidad del robot real.

La asignatura usa dos middlewares distintos de progra-macion de robots: ROS y JdeRobot. Ambos son SoftwareLibre, publican su codigo fuente y promueven comunidadesde desarrolladores alrededor. Los dos permiten abordar laspracticas con el mismo nivel de dificultad y con funcionali-dad similar. Los enunciados de las practicas son los mismospara todos los alumnos, la mitad utilizan ROS y la otra mi-tad JdeRobot:

ROS (Robotic Operating System)3 [7] es actual-mente uno de los middlewares de programacion de ro-bots mas usados. Es considerado un estandard, siendolos fabricantes de hardware (robots, sensores y actua-dores) los que proporcionan software escrito en ROSpara facilitar su uso.

JdeRobot4 es un middleware de programacion de ro-bots y aplicaciones de Vision Artificial desarrollado porel Grupo de Robotica de la URJC.

Se ha usado el Aula Virtual de la universidad (basado enMoodle) de manera intensa en esta asignatura. Primero, co-mo foro donde resolver dudas entre los alumnos y profesores.Segundo, el profesor usaba esta plataforma como bitacora dela materia impartida en las practicas, completando con po-sibles lecturas. Por ultimo, los enunciados de las practicaso, mas bien, el reglamento de las distintas competicionesplanteadas a los alumnos, se detallaba ahı.

3. ELEMENTOS MOTIVACIONALESTres elementos de innovacion se han incorporado en el

ultimo ano para mejorar la docencia de esta asignatura: lagamificacion, la publicacion de resultados en redes socialesy la participacion en un campeonato robotico internacional.

3.1 Gamificación2http://gazebosim.org/3http://www.ros.org/4http://jderobot.org/

Cada una de las practicas se diseno como una competicion,similar al campeonato de robots RoboCup5 . Se anunciabaen Moodle la fecha de la competicion, ası como el reglamentode cada una. El dıa de la competicion estaba estructuradoen dos rondas, con un tiempo entre medias para solucionaralgun problema que se haya podido producir. En cada com-peticion existıa una clasificacion por alumno con la mejorpuntuacion de las dos rondas.

Figura 2: Competicion GatoRaton.

Figura 3: Competicion Sigue lıneas, con robot realy con un Formula1 en Gazebo

Escapar de un laberinto simple. Esta prueba esta-ba enfocada en el desarrollo de comportamientos sim-ples. El robot usa sus sensores de contacto para esca-par de un pequeno laberinto. Se valora la calidad de lasolucion y el tiempo en escapar del laberinto.

Gato raton. El estudiante tenıa que programar undrone con camara (gato) para que persiguiera a otro(raton) que se movıa autonomamente. Con mangas dedos minutos y diferentes niveles de ratones se medıa eltiempo que el gato estaba cerca del raton (Figura 3.1).

Formula URJC. El estudiante tenıa que programarun coche de Formula1 dotado de una camara para quecompletara un circuito en Gazebo siguiendo una lınearoja pintada en el suelo. El tiempo en dar la vueltacompleta era la puntuacion, que indirectamente refle-jaba si el robot oscilaba o perdıa la lınea (Figura 3.1).

Sigue lıneas. Se plantea un circuito formado por unalınea blanca, que el robot debe seguir usando la in-formacion de una camara (control visual reactivo). Amedida que se avanza, el circuito cada vez se vuelvemas complicado: curvas cerradas, lıneas discontinuas yobstaculos cerca de la lınea (Figura 3.1). Se valora lostramos de dificultad superados y el tiempo, en caso decompletar el circuito completo.

Ir a pelota esquivando obstaculos. Se plantea unescenario donde multitud de obstaculos, y una pelotade color rojo. El robot debe usar una camara 3D parair a la pelota, y un sensor laser para ir esquivando los

5www.robocup.org

Figura 4: Competiciones Ir a la pelota y Navegarpor una casa.

Figura 5: Empleo de twitter durante las practicas.

obstaculos. Aquı se practica la fusion sensorial 3D. Sevalora el tiempo en llegar a la bola y se penaliza tocarlos obstaculos.

Navegar en una casa. Se monto en el laboratorioun escenario que simula un hogar, con pasillos y habi-taciones (Figura 3.1). El robot partıa de una posicionconocida y debıa alcanzar una de las dos habitaciones,segun se le indique al inicio de cada prueba. Puedenexistir obstaculos dinamicos que bloqueen parcial o to-talmente el camino del robot. Se valora el tiempo enllegar a la salida y se penaliza tocar las paredes u obs-taculos.

3.2 Publicación abierta de resultadosEl otro elemento innovador de este trabajo es la publi-

cacion abierta de los resultados de cada practica. Parte delos alumnos mantenıan un blog donde describıan cada unade sus practicas, incluyendo vıdeos, fotos, etc.. Otra parteusaba microblogging. El grupo de Robotica de la URJC tie-ne una cuenta de twitter @RoboticsLabURJC con cerca de200 seguidores, entre los que se encuentran asociaciones deestudiantes de la universidad, organismos internos de la Es-cuela, empresas de Robotica, grupos de distintas universida-des, profesionales y fans interesados en robots. Se promovioque los alumnos tuitearan videos y fotos de sus practicas,nombrando al grupo, y ası retuitearlos entre su audiencia(Figura 3.2).

Esta visibilidad, el hecho de que otros companeros y pu-blico puedan ver los resultados de tus practicas, vıa micro-blogging o vıa blog, estimula a hacer las cosas bien.

3.3 Competición robótica internacionalTres de los alumnos mas destacados se interesaron por

la participacion del grupo de Robotica de la URJC en elcampeonato del mundo de robots RoboCup, que se celebrabaen Leipzig del 27 de Junio al 3 de Julio . Estos alumnoscomenzaron sus Trabajos de Fin de Grado en Robotica, algo

que no se planteaban al inicio de la asignatura. Gracias enparte a la financiacion de la ETSIT-URJC estos alumnospudieron participar en esta competicion, en el unico equipoespanol que participaba.

4. RESULTADOSVarios meses despues de la finalizacion de la asignatura, se

pidio a los estudiantes que rellenaran una encuesta anonimapara medir su percepcion sobre las innovaciones planteadasen este trabajo. Respondieron un 54 % de los alumnos.

La Figura 4 muestra la valoracion que otorgan los alumnosal uso de redes sociales y de gamificacion. Alrededor de lamitad no le otorgan ningun valor al uso de redes sociales. Elresto las valora positivamente, no habiendo alumnos que loconsideren negativo. Sin embargo el uso de gamificacion sıque ha resultado muy valorada por los alumnos.

Figura 6: Valoracion de uso de Competiciones y Re-des Sociales

La Figura 4 ilustra en que medida los alumnos consideranque estas dos tecnicas docentes han contribuido a aumentarsu motivacion. Sobre las redes sociales un grupo consideraque no, otro que les ha desmotivado ligeramente y un ter-cer grupo similar que les ha motivado ligeramente. Pocosalumnos consideran que su uso ha sido muy motivador. Encuanto a las competiciones, la mayor parte considera que hasido muy positiva en su motivacion. Un estudiante lo con-sidera extremadamente desmotivador. Aunque es un datoaislado, habra que analizar si el hecho de competir con tuscompaneros y no ganar es negativo en algun caso, y comosolucionarlo.

Por ultimo, se pregunto a los alumnos su predisposicion adesarrollar su carrera laboral en puestos relacionados con larobotica. La inmensa mayorıa consideran que su paso por laasignatura les ha motivado a trabajar en este campo .

Figura 7: Motivacion que produce el uso de Compe-ticiones y Redes Sociales

Figura 8: Valoracion docente de la asignatura (Fuen-te: Valoraciones oficiales URJC)

En la Figura 4 se muestra un resumen de las valoracionesdocentes oficiales de la URJC obtenidas antes y despues deaplicar estas tecnicas. Como se puede observar, la valoracionen todos los apartados ha mejorado sensiblemente.

5. CONCLUSIONESEn este trabajo se ha mostrado el impacto de usar tecnicas

de microblogging y gamificacion en la ensenanza de la asig-natura Robotica en un grado en ingenierıa (Grado en Ing.Telematica). Hemos estructurado las practicas en un con-junto de pruebas en las que los estudiantes competıan poruna puntuacion. Habıa unas reglas establecidas de antemanoy cada prueba se componıa de varias rondas. Asımismo, sepromovıa que los alumnos publicaran sus resultados y losvideos de su trabajo en las redes sociales.

Los resultados tras esta experiencia muestran que los alum-nos valoran positivamente estas dos tecnicas, sobre todo lagamificacion. Ademas, consideran que les ha motivado aaprovechar mejor la asignatura. Tras esta experiencia, losalumnos se sintieron interesados por este area de conoci-miento de manera profesional. Ademas, esta innovacion do-cente ha hecho subir la valoracion de la asignatura de un 3.4a un 3.9 sobre 5.

Aunque los resultados son positivos, tambien dejan unapequena vıa de trabajo futuro, y es ver como los alumnosno se sientan desmotivados incluso si no quedan en buenasposiciones en las competiciones.

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