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Título : Aplicación de modelos matemáticos en Inteligencia Artificial y Robótica: casos prácticos para la enseñanza de las matemáticas en ingeniería en computación.
Autor : RODRIGUEZ GARCIA, ARTURO
Fecha de publicación : 2020
Resumen : En este proyecto se crearán recursos didácticos digitales interactivos para la enseñanza de las matemáticas en los primeros semestres de la licenciatura de ingeniería en computación. Estos recursos se pondrán disponibles en línea como parte de la Red Universitaria de Aprendizaje MX (RUA) de la UNAM. El recurso consistirá en un sitio Web con una colección de casos prácticos que muestren la aplicación de algunos temas selectos de las asignaturas del área de matemáticas en problemas de investigación reales relacionados con Inteligencia Artificial y Robótica. La presentación de los casos estará centrada en la utilidad de las matemáticas para resolver problemas reales y la explicación se elaborará de forma que sea comprensible para los alumnos tomando en cuenta el semestre en el que están cursando la asignatura. En cada uno de los casos prácticos se incluirá un ejercicio final que puede ser desarrollado por el alumno a modo de proyecto final de la asignatura y que buscará integrar los conocimientos de las materias de matemáticas y de programación del semestre respectivo. Además, en cada caso práctico se incluirá referencia a proyectos de investigación reales que se están realizando en la UNAM con el objetivo de despertar el interés de los alumnos hacia el mundo de la investigación y poder servir como un puente para establecer contacto con investigadores que trabajan en ese tema. Los recursos creados tienen como propósito fomentar el interés de los alumnos de ingeniería en computación en las asignaturas de matemáticas y mostrarles desde una etapa temprana la importancia que tienen los modelos matemáticos en aplicaciones reales, y de esta forma poder enfrentar el desinterés de muchos alumnos hacia estas asignaturas que surge al no poder relacionar el contenido del temario con las expectativas que tienen acerca de su futuro profesional.
URI : https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7572
metadata.dc.contributor.responsible: RODRIGUEZ GARCIA, ARTURO
metadata.dcterms.callforproject: 2020
metadata.dc.coverage.temporal: 2020-2021
metadata.dcterms.educationLevel: nivel superior
metadata.dcterms.educationLevel.SEP: Licenciatura
metadata.dc.description.objective: Objetivo general: Crear recursos didácticos digitales interactivos para la enseñanza de las matemáticas en los primeros semestres de la licenciatura de ingeniería en computación, conformados por una colección de casos prácticos que muestren la aplicación de temas selectos de las asignaturas del área de matemáticas en problemas de investigación reales relacionados con Inteligencia Artificial y Robótica, integrados en un sitio Web interactivo disponible en línea como parte de la Red Universitaria de Aprendizaje MX (RUA) de la UNAM. Objetivos específicos: "Mejorar la percepción y actitud de los alumnos de la licenciatura en ingeniería en computación hacia las asignaturas del área de matemáticas por medio de la presentación de casos prácticos que permitan vincular los conocimientos adquiridos en el aula con aplicaciones del mundo real y relacionadas con su licenciatura. Generar herramientas digitales de acceso público que sirvan a los docentes de las asignaturas del área de matemáticas como apoyo para mejorar la calidad de la enseñanza a nivel licenciatura. Fomentar el uso de las Tecnologías de la Información y Comunicación (TICs) y de las Tecnologías del Aprendizaje y el Conocimiento (TACs) en el proceso de aprendizaje a nivel licenciatura. Estimular de manera temprana el interés de los alumnos hacia el mundo de la investigación y de la generación del conocimiento."
metadata.dc.description.strategies: En la primera fase del proyecto se desarrollarán 5 casos prácticos, cada uno de ellos asociado a una asignatura distinta del área de matemáticas. Cada caso incluirá los siguientes puntos: 1.- Datos del caso práctico: Nombre del caso, Asignatura relacionada, Contenido del temario de la asignatura relacionado. 2.- Introducción: se describirá en forma breve el problema del área de Inteligencia Artificial y Robótica a resolver. 3.- Conceptos matemáticos preliminares: se presentan los conceptos matemáticos importantes correspondientes a la asignatura y que serán de utilidad para el desarrollo del caso práctico. 4.- Desarrollo: se explica cómo los conceptos matemáticos del punto 3 son de utilidad para intentar resolver el problema de Inteligencia Artificial y Robótica presentado en el punto 2. Se presenta un código que resuelve de forma básica la problemática planteada, y se incluirá un breve manual de cómo ejecutarlo. 5.- Actividad: se presenta una actividad al alumno que consiste en una modificación al código presentado en el punto 4, diseñada de forma que el entendimiento de los conceptos matemáticos sea necesario para su solución. 6.- Conclusiones: se enfatiza la importancia de los conceptos matemáticos en la solución del problema. 7.- Invitación a la investigación: se presentan enlaces a proyectos de la UNAM relacionados con el caso y si es posible se incluyen contactos a investigadores o grupos de trabajo dispuestos a incorporar alumnos en sus proyectos de investigación. Los 5 casos a desarrollar son tentativamente: 1.- "Razonamiento artificial: uso de la lógica para inferir nuevos conocimientos". Asignatura: Álgebra. 2.- "Visión artificial: derivadas parciales en la detección automática de bordes". Asignatura: Cálculo Vectorial. 3.- "Emociones artificiales: vectores y matrices en la representación de emociones sintéticas". Asignatura: Álgebra Lineal. 4.- "Navegación artificial: grafos en la planeación de recorridos". Asignatura: Estructuras Discretas. 5.- "Procesamiento de lenguaje natural: autómatas para la interpretación de comandos verbales". Asignatura: Lenguajes Formales y Autómatas. Cada uno de los casos se presentará de forma amena y motivacional. El nivel de dificultad de la explicación y de la actividad práctica se ajustará de forma que esté de acuerdo al semestre correspondiente de la asignatura. El caso 4 estará diseñado de forma que el código pueda ser usado en drones DJI Tello de bajo costo. En la segunda fase se diseñará el sitio Web que contiene los casos prácticos. Este sitio formará parte de la Red Universitaria de Aprendizaje. El diseño del sitio Web se realizará tomando en cuenta las especificaciones señaladas en el texto "Requerimientos para la incorporación de recursos a la Red Universitaria de Aprendizaje (RUA)" de la DGAPA. Los participantes del proyecto cuentan con experiencia en distintos lenguajes de programación Web para creación de sitios interactivos. Tentativamente se planea utilizar HTML, CSS, JS y Bootstrap, aunque la decisión final de qué tecnología usar estará sujeta a cualquier indicación de la DGAPA después de aprobarse el proyecto. Para evaluar el impacto de los casos prácticos en la percepción que tienen los alumnos sobre la importancia de las matemáticas en su licenciatura se realizará el siguiente experimento. Se escogerán 3 grupos de asignaturas diferentes, en los que se asignará como proyecto final el caso práctico respectivo. En cada grupo se aplicarán tres encuestas a todos los alumnos: una al inicio del semestre, una antes de realizar el proyecto (aproximadamente en la semana 12 del semestre), y una después de terminar el proyecto (aproximadamente en la semana 16 del semestre). En las encuestas se medirá la percepción que tiene el alumno acerca de la importancia de las matemáticas y del tema del caso en su formación profesional, y se realizará un análisis de los resultados obtenidos. En la última encuesta se incluirán preguntas para obtener la opinión de los alumnos sobre el proyecto. Entre los grupos elegidos para la evaluación se incluirá el del caso 4, debido a que este caso práctico incluye el uso de robots (drones) para su solución. Los resultados del experimento y las opiniones de los alumnos se usarán para hacer una segunda versión del sistema. Además, se buscará participar en un congreso sobre enseñanza de las matemáticas para presentar los resultados obtenidos.
metadata.dc.description.goals: 1.- Generar una colección de 5 casos prácticos de asignaturas diferentes del área de matemáticas siguiendo las especificaciones planteadas en la metodología de este proyecto. 2.- Crear un sitio web interactivo para la Red Universitaria de Aprendizaje MX en el que se presenten los casos prácticos desarrollados. 3.- Realizar una evaluación de la utilidad de los casos prácticos en 3 grupos de diferentes asignaturas siguiendo las especificaciones mencionadas en la metodología de este proyecto. 4.- Presentar los resultados de la investigación en un congreso internacional relacionado a la enseñanza de las matemáticas.
metadata.dc.description.selfAssessment: A pesar de las grandes adversidades y limitaciones producto de la contingencia sanitaria, considero que los resultados de este proyecto fueron satisfactorios. Resultó imposible ejecutar el plan original de este proyecto, el cual fue pensado para trabajar durante un año en condiciones normales y con un espacio físico en el que todos los integrantes del equipo pudieran tener acceso de manera presencial a los materiales del proyecto, en particular de los robots. En vez de eso, la situación real fue trabajar sin materiales hasta la mitad de noviembre de 2020, y con los miembros del equipo trabajando de forma remota. Después de que me fueron entregados los drones, la situación no mejoró, ya que hubiera sido irresponsable solicitar a los participantes que acudieran de forma presencial para trabajar con los robots, sobre todo considerando que la segunda oleada de COVID estaba empezando, y aunado al hecho de que el espacio de trabajo en donde se realizarían dichas actividades y se almacenaría el material (el edificio donde se encuentra mi cubículo) ha estado cerrado desde el inicio de la contingencia. Considero que la forma en que se reajustaron las actividades del proyecto para hacer frente a la situación fue la mejor posible y generó resultados positivos. En primer lugar, en el diseño de los cuatro casos prácticos se omitió el uso de drones, y se crearon en torno a aplicaciones de Inteligencia Artificial que no requirieran tener un robot físico. Estos casos prácticos se aplicaron en cinco grupos de licenciatura a modo de proyecto final del semestre 2020-II, cuando ya se estaba trabajando de manera no presencial. La estructuración y aplicación de estos proyectos se realizó en la modalidad de ABP (Aprendizaje Basado en Proyectos). Debido a que los casos prácticos fueron creados con temas bastante llamativos para alumnos de ingeniería en computación, se generó una respuesta muy positiva en ellos, causándoles de manera genuina interés y motivación. Estos casos prácticos se pueden reutilizar en los próximos semestres. De hecho, durante el semestre actual (2021-II) se aplicarán en cuatro grupos más. Es importante resaltar que a mediados del año pasado fui entrevistado por la DGCS de la UNAM en relación con mis proyectos de investigación, y resultó de interés el uso de casos prácticos para la enseñanza de las matemáticas en ingeniería en computación, lo cual fue difundido en algunos medios digitales. El caso diseñado para participar en el Ocean Hackathon 2020 también fue de gran ayuda, pues permitió a algunos alumnos poner en práctica sus conocimientos de matemáticas y programación en un problema de mayor alcance. Aunque en el desarrollo de este caso el número de alumnos que participaron fue reducido, considero que la principal contribución es que el haber obtenido un tercer lugar en la fase nacional del concurso y su difusión en medios de comunicación fue un motivo de inspiración para otros alumnos que se enteraron del resultado.
metadata.dc.description.goalsAchieved: Como resultado de la contingencia sanitaria, el proyecto no se pudo desarrollar siguiendo los objetivos originales y se tuvieron que reorientar significativamente las actividades realizadas. Los principales obstáculos fueron retrasos y errores de carácter administrativo de los encargados de permitirme acceder al uso oportuno de los recursos asignados a este proyecto. En particular: 1) Hubo un retraso excesivo en el proceso de compra y entrega de los materiales centrales del proyecto (los drones), los cuales me entregaron hasta mediados de noviembre. Considerando que es un proyecto de sólo un año, resulta imposible cumplir los objetivos si el material se entrega con semejante retraso. En los documentos probatorios incluyo evidencias sobre el retraso de entrega de materiales. 2) El desarrollo de la página web se vio obstaculizada porque uno de los alumnos becarios que desarrollaba parte de ella, dejó de recibir los pagos de los tres últimos meses de su beca sin que se le diera una notificación por escrito a él o a mí. A pesar de que el alumno y yo acudimos varias veces de manera presencial con los encargados para preguntar el avance de los trámites, fue hasta el 10 de diciembre que me informaron que no habían podido localizar al alumno y que por ello no se le pagaría. De mi parte, entiendo que el año pasado fue muy complejo para todos, incluyendo al personal administrativo, y creo que las omisiones y retrasos no fueron con dolo, sino resultado de la misma contingencia. Solicito a los revisores de este informe tener empatía y espero acepten las modificaciones realizadas ante estas circunstancias que estuvieron fuera de mis manos. Resulta importante agregar que, aunque los materiales hubieran llegado a tiempo, debido a la emergencia sanitaria no estaba permitido citar a los miembros del equipo a trabajar presencialmente con los drones. Lo que se logró durante el año fue lo siguiente: 1) Se desarrolló una colección de 4 casos prácticos de aplicaciones de las matemáticas en Inteligencia Artificial relacionados con contenidos de asignaturas de la licenciatura en Ingeniería en Computación de la FES Aragón. 2) Los casos se usaron en 5 grupos de licenciatura durante el semestre 2020-II y se realizó una evaluación cualitativa de los resultados. 3) El desarrollo de casos prácticos de Inteligencia Artificial para la enseñanza de las matemáticas resultó de interés y fue difundido por algunos medios de comunicación. 4) El quinto caso práctico fue diseñado con el tema de drones y se diseñó para participar en el evento Ocean Hackathon 2020, con el tema “Drones inteligentes para rescatar a las vaquitas marinas”. El equipo multidisciplinario de participación estuvo bajo mi dirección. Participaron algunos de los becarios de este proyecto junto con otros alumnos de la UNAM y otras instituciones. Se obtuvo el tercer lugar en la fase nacional de la competencia. El proyecto resultó de gran interés y fue difundido por varios medios de comunicación.
metadata.dcterms.provenance: Facultad de Estudios Superiores (FES) Aragón
metadata.dc.subject.DGAPA: Matemáticas
metadata.dc.type: Proyecto PAPIME
Aparece en las colecciones: 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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