Diseño de una herramienta docente para la formación en acústica basada en gamificación

González Van leeuwe, Marvin Jozef (2020). Diseño de una herramienta docente para la formación en acústica basada en gamificación. Thesis (Master thesis), E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Diseño de una herramienta docente para la formación en acústica basada en gamificación
Author/s:
  • González Van leeuwe, Marvin Jozef
Contributor/s:
  • Pavón García, Ignacio
Item Type: Thesis (Master thesis)
Masters title: Ingeniería Industrial
Date: 10 July 2020
Subjects:
Freetext Keywords: Acústica, Ruido, Sonido, Gamificación, Experimento, Método docente, Teléfono móvil, App, Sonómetro, Decibelio, Nivel de presión sonora, FFT, Reverberación, Divergencia esférica, Ruido blanco, Ruido rosa.
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Mecánica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Este Trabajo de Fin de Máster constituye una investigación y desarrollo de una serie de metodologías y herramientas docentes enfocadas a la formación universitaria en el campo de la acústica. La base de este desarrollo ha sido constituida por dos aspectos claves: La Experimentación y la Gamificación. Concretamente, se ha desarrollado una metodología y serie de experimentos para la recogida de mediciones acústicas con apps y teléfonos móviles inteligentes, lo cual realizará el estudiante en ubicaciones por fuera del aula y que le permitirán trabajar con conceptos acústicos en cualquier lugar o emplazamiento que cumpla con unas condiciones experimentales predefinidas. Esta metodología constituye una propuesta a implementar en aquellas asignaturas y programas de la ETSII – UPM que traten la temática de la acústica, con el objetivo de mejorar el aprendizaje del alumnado mediante el uso de la experimentación por fuera del aula y la gamificación. Con ello se busca solventar la dificultad inicial que tienen los estudiantes en comprender y dominar conceptos tales como la escala en decibelios (dB), el ruido blanco, etc. Como inicio de la investigación se ha realizado un estado del arte en cuanto a la gamificación, su historia y el contexto actual en el cual esta se enmarca. En este estado del arte se han analizado las técnicas principales empleadas para implementar la gamificación en aplicaciones educativas (mecánicas y dinámicas), y la aplicación de gamificación en la educación superior o estudios universitarios tanto en la UPM como en otras instituciones, de lo cual se prevé un aumento exponencial a lo largo de los próximos años. En este estado del arte también se ha analizado la implementación de gamificación en estudios universitarios concretos de acústica mediante las mediciones con teléfonos móviles inteligentes, observándose que los antecedentes empleaban en gran parte el sistema operativo iOs (Apple) y apps pertenecientes a este. También se observa una baja precisión de los micrófonos incorporados en teléfonos móviles inteligentes debido a que están preparados mayormente para el rango acústico de la voz humana, que se mueve en el espectro de las bajas frecuencias. Otro aspecto a destacar es que estas experimentaciones se desarrollaron en ambientes de laboratorio, y que en gran parte tan solo se analizaba la precisión de las apps, y no su implementación en un método docente. Una vez definido el estado del arte y el contexto actual de la gamificación, se ha definido un total de siete conceptos teóricos de acústica con los que se diseñarán los experimentos a definir en este trabajo. Estos conceptos se han extraído de la asignatura “Acústica Ambiental”, que se imparte en algunos programas de Máster Universitario de la ETSII – UPM. En concreto, estos siete conceptos son:  Escala en dB  Divergencia esférica  Tiempo de reverberación  Análisis de ruido en el dominio de la frecuencia  Análisis de ruido en el domino del tiempo  Señales de banda ancha  Suma o resta de niveles de presión sonora para corrección de ruido de fondo También se ha definido una serie de condiciones experimentales necesarias para poder analizar estos conceptos con teléfonos móviles y apps. Además, se han tenido en cuenta los problemas técnicos que podrían surgir a partir de la recogida de mediciones acústicas con teléfonos móviles. Estos giran principalmente en torno a la poca precisión de los micrófonos incorporados en los teléfonos móviles inteligentes y el sistema operativo con el cual trabajar. Para el primero, se ha propuesto tanto la calibración previa de los dispositivos móviles mediante comparativa con un sonómetro profesional como la incorporación de un micrófono externo, generalmente de bajo coste económico. Para el segundo problema técnico, se ha propuesto emplear el sistema operativo de Android, ya que este tiene una amplia presencia en el mercado español y hay mayores posibilidades de que se tenga el número suficiente de dispositivos en un grupo de clase para poder proceder a las experimentaciones. Por otro lado, siempre se puede constituir grupos de estudiantes que trabajen con un solo dispositivo, variando el número de integrantes según la cantidad de dispositivos Android que haya disponibles en el aula. Ya teniendo claros los conceptos acústicos que se aplicarán en este trabajo, y los posibles problemas técnicos, se ha procedido al diseño de la metodología docente a proponerse en este trabajo. Para ello, se han propuesto dos Diagramas de Flujo (A y B). El Diagrama de Flujo A se empleará para la selección de apps específicas a ser empleadas en los experimentos, mientras que el Diagrama de Flujo B servirá para diseñar estos mismos experimentos. Estos diagramas de flujo se presentan como una metodología paso a paso simple de aplicar, con resultados satisfactorios y que puede ser exportada a otros ámbitos educativos distintos de la acústica, siempre y cuando se respeten las bases del método. Aplicando la metodología del Diagrama de Flujo A, se ha seleccionado una serie de apps, concretamente el sonómetro “Sound Analyzer App”, el analizador de espectros tipo FFT “SpecScope Spectrum Analyzer 2” y el grabador de archivos audiovisuales de mediciones acústicas “SmarterNoise – Sonómetro con vídeo y grabación”. Estas apps serán las empleadas en los experimentos propuestos en este trabajo, y se destaca que son accesibles (gratuitas) y que cumplen los requisitos mínimos que se han marcado en este trabajo. Para el diseño de experimentos a realizar por los estudiantes, se ha aplicado el Diagrama de Flujo B. Se ha diseñado un total de seis experimentos, cada uno de los cuales trata varios de los conceptos acústicos seleccionados anteriormente. Así, los experimentos consideran los conceptos con los que se trabaja, las apps específicas que deben emplearse, y las ubicaciones y emplazamientos en donde se realizarán (frecuentemente en el entorno de la ETSII de la UPM, pero que pueden ser otros elegidos por los estudiantes, siempre y cuando se cumplan las condiciones experimentales definidas para cada experimento). Además, se ha diseñado un procedimiento experimental detallado para cada uno de estos experimentos (resumido en un diagrama de flujo propio) y una serie de propuestas para implementar la gamificación en estos experimentos mediante retos, desafíos, geolocalización, clasificaciones, etc. También se analiza cómo los estudiantes exportarán los datos recogidos hacia la plataforma de enseñanza, con el objetivo de recibir la pertinente retroalimentación del profesorado. Por última, también se realizarán archivos audiovisuales con la tercera app, que permitirán detectar errores en el procedimiento experimental y aumentan la proactividad. Como demostración práctica se ha realizado el experimento de “Análisis de ruido en el domino de la frecuencia”, concretamente el análisis de ruido blanco. Este se ha realizado en una ubicación lejana a la ETSII, específicamente en una playa de Canarias, con el objetivo principal de demostrar el funcionamiento de los experimentos propuestos y de que este método es especialmente interesante en una posible situación de confinamiento como la sufrida por la pandemia del COVID-19, ya que la ubicación de los experimentos no es fija. Así, se demuestra que, con el método propuesto en este trabajo, los estudiantes tienen la posibilidad de realizar experimentaciones y mejorar su dominio de una materia como la acústica en cualquier lugar del mundo, siempre y cuando se cumplan las condiciones experimentales, sin necesidad de estar en un laboratorio universitario. De exportar este método exitosamente a la educación universitaria en general, se podría resolver uno de los inconvenientes surgidos a raíz de la pandemia: La imposibilidad de acudir a las instalaciones de la universidad para realizar prácticas experimentales. Por ello, también se ha concluido que este trabajo está muy relacionado con los ODS 4-Educación de calidad y 10-Reducción de las desigualdades. Además, para poder mejorar la experiencia del estudiante con las experimentaciones, también se ha realizado una serie de fichas de prácticas, que sintetizan cada experimento, las ubicaciones propuestas, las condiciones y el procedimiento experimental necesarios y los aspectos de gamificación que se aplicarán en cada uno de ellos. En cuanto a líneas de futuras de investigación, se proponen:  Validación y verificación técnica de las apps con un sonómetro profesional, lo cual quedó excluido del alcance de este trabajo debido a la imposibilidad de su realización a raíz de la pandemia del COVID-19, y el no poder acudir a las instalaciones de la ETSII-UPM.  Implementación del método propuesto en asignaturas de la ETSII-UPM relacionadas con acústica, y aplicar un proceso de mejora continua.  Exportación del método a otras asignaturas de la ETSII-UPM que no sean de acústica.  Desarrollo de aplicación propia de la ETSII-UPM que incorpore todas las herramientas necesarias (sonómetros, analizadores FFT, etc.) y en la cual se pueda introducir los experimentos y automatizar el procedimiento experimental.

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Item ID: 65532
DC Identifier: http://oa.upm.es/65532/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:65532
Deposited by: Marvin González Van leeuwe
Deposited on: 24 Nov 2020 07:21
Last Modified: 24 Nov 2020 07:21
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