Programación competitiva como estrategia didáctica para potenciar el aprendizaje colaborativo en estudiantes de ingeniería

Abstract

Palabras-clave: aprendizaje colaborativo; programación competitiva; Estrategia didáctica; maratones de programación Abstract: At present, the needs of the social and professional environment requires students to grow in solving complex problems, in addition to promoting collaborative and reflective dialogue of knowledge under a framework of trust, cooperation and the use of various techniques and skills to generate solutions to problems. an effective form. Competitive programming not only promotes collaborative learning, but also encourages creativity, teamwork and innovation among students, creating solutions that provide answers to problem situations using algorithms. Current education must adapt to the advancement of new technologies and appropriate didactic strategies that enhance the teaching-learning process, in this context this collaborative work proposal arises, which implies the ability to adapt to change and self-learning; becoming a key tool that allows the collaborative construction of knowledge. Por otro lado, Luz María Zañartu C. (2011), definen el trabajo colaborativo como una responsabilidad individual en un contexto social, donde cada integrante del grupo es responsable de su desempeño, sin perder de vista el desempeño grupal.

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Resumen: En la actualidad, las necesidades del medio social y profesional exige a los estudiantes un crecimiento en la solución de problemas complejos, además de promover el dialogo colaborativo y reflexivo de saberes bajo un marco de confianza, cooperación y el uso de diversas técnicas y habilidades para generar solución a problemas de forma efectiva. La programación competitiva no solo promueve el aprendizaje colaborativo, sino que fomenta la creatividad, el trabajo en equipo y la innovación, entre estudiantes, creando soluciones que den respuestas a situaciones problemáticas mediante el uso de la algoritmia. La educación actual debe adaptarse al avance de las nuevas tecnologías y apropiar estrategias didácticas que potencien el proceso enseñanza aprendizaje, en este contexto es que surge esta propuesta de trabajo colaborativo, que implica la capacidad de adaptación al cambio y de autoaprendizaje; convirtiéndose en una herramienta clave que permita la construcción colaborativa del conocimiento.

Palabras-clave: aprendizaje colaborativo; programación competitiva; Estrategia didáctica; maratones de programación

Abstract: At present, the needs of the social and professional environment requires students to grow in solving complex problems, in addition to promoting collaborative and reflective dialogue of knowledge under a framework of trust, cooperation and the use of various techniques and skills to generate solutions to problems. an effective form. Competitive programming not only promotes collaborative learning, but also encourages creativity, teamwork and innovation among students, creating solutions that provide answers to problem situations using algorithms. Current education must adapt to the advancement of new technologies and appropriate didactic strategies that enhance the teaching-learning process, in this context this collaborative work proposal arises, which implies the ability to adapt to change and self-learning; becoming a key tool that allows the collaborative construction of knowledge.

Keywords: collaborative learning, competitive programming, didactical strategy, programming competitions.

1.Introducción

En la actualidad la innovación en los procesos de enseñanza - aprendizaje están tomando cada día más fuerza y surgen nuevas estrategias para ayudar al estudiante a captar la información dada por los docentes y convertirla en información útil, para posteriormente, aplicarla en proponer una solución a los problemas de la vida real. Es así como surgen estrategias didácticas, que combinan las formas tradicionales de enseñanza, con diversas tecnologías o herramientas para favorecer el aprendizaje. Aunque el aprendizaje es un proceso individual, se da en un contexto social, donde el estudiante esta en contacto con su tutor y sus pares. Es así como tiene importancia hablar del aprendizaje colaborativo, en el cual cada miembro del grupo es responsable de este (Vargas et. al, 2020). Las estrategias de trabajo colaborativo permiten conectar intereses e inquietudes de los estudiantes hacia los objetivos de enseñanza común, la interacción entre los integrantes de un equipo permite que estos gestionen, diferencien, contrasten sus puntos de vista, enlacen esfuerzos, talentos y competencias. Esta estrategia de aprendizaje potencializa en los estudiantes su capacidad de razonamiento, defender sus ideas, liderazgo y compromiso para resolver los problemas propuestos, además aumenta la motivación en el estudiante al ser responsable de su compañero (Hasbún, n.d.) (Revelo et al, 2018).

Por su parte la programación competitiva en áreas de la ingeniería, llamadas también maratones de programación, donde un estudiante debe dar solución algorítmica a un set de problemas planteados. La programación competitiva se considera una actividad creativa que tiene como objetivo mejorar la capacidad lógico-interpretativa de los estudiantes, mediante el análisis y solución de problemas de la vida real, que permiten al estudiante entrenar y actuar bajo presión, acercándolos a su campo laboral, donde tendrán que solucionar problemas sin la ayuda de un tutor o profesor que acompañe el proceso y tener éxito (Lázaro, Delgado, & Vera, 2016). En las maratones de programación, se les presenta a los estudiantes información y ejercicios complejos para su interpretación. En muchos casos, se necesitan diferentes puntos de vista para abordar los problemas y poder presentar una solución eficiente. Es allí donde un trabajo colaborativo cobra importancia y todos los integrantes de un equipo aporten, desde su experiencia, a la construcción integrativa de la solución. El contexto actual, exige a las instituciones de educación superior del área de sistemas e informática, formar jóvenes profesionales competentes en áreas la programación, esto hace necesario que se incorporen metodologías de aprendizaje enfocadas en integrar actividades que fomenten la lectura comprensiva, la reflexión, el pensamiento crítico, el trabajo en equipo y la toma de decisiones en torno a problemas de algoritmia.

En este artículo, se propone incorporar la estrategia de aprendizaje colaborativo en maratones de programación, como una táctica que combine las bondades del trabajo colaborativo y la programación competitiva, ayudando a los estudiantes a maximizar sus habilidades y competencias para la resolución de problemas y el trabajo en equipo. Surge de la experiencia obtenida durante cinco años en desarrollar maratones de programación, en el marco de la Semana de la Ingeniería ITM del Instituyo Metropolita de Medellín. El documento está organizado como sigue: en la sección dos se presenta el marco teórico, donde se definen los principales conceptos abordados, así como el estado del arte de propuestas relacionadas con la propuesta. En la sección tres se plantea la metodología propuesta. En la sección cuatro se presentan los resultados encontrados y finalmente las conclusiones y recomendaciones.

2.Marco Teórico y Estado del Arte

El aprendizaje colaborativo puede definirse como una técnica en la cual los ejercicios de aprendizaje se efectúan en grupos de estudiante heterogéneos, con diversas experiencias y niveles de aprendizaje, que se forman después de las indicaciones del docente. Dentro del grupo, se intercambia información, reactivan los conocimientos previos y se retroalimentan mutuamente para alcanzar los objetivos de aprendizaje propuestos (López & Vázquez, 2015). Por otro lado, Luz María Zañartu C. (2011), definen el trabajo colaborativo como una responsabilidad individual en un contexto social, donde cada integrante del grupo es responsable de su desempeño, sin perder de vista el desempeño grupal. En los grupos es importante la existencia de interdependencia positiva, habilidades de colaboración tales como el trabajo en equipo, liderazgo y solución de conflictos. Finalmente, Luisa Carrió (2014), conceptualiza que en el aprendizaje colaborativo los estudiantes desarrollan estrategias de aprendizaje pertinentes para el cumplimiento de las tareas, indicando sus metas y propósitos. Además, cada estudiante se hace responsable de qué y cómo aprender, asimismo de cómo colaborar. En esta estrategia la función del profesor es apoyar las decisiones del estudiante que no afecten el desempeño del grupo.

Para incorporar la programación competitiva como una estrategia del trabajo colaborativo, se hace necesario la incorporación de técnicas de aprendizaje colaborativo (Barkley , Cross, 2007), tales como el diálogo y la resolución de problemas. En la primera técnica los estudiantes intercambian sus ideas generalmente mediante el habla asertiva para comunicar sus ideas, en la segunda, los estudiantes se centran en practicar estrategias para la solución de problemas. En términos de programación competitiva las estrategias para la resolución de problemas son entre otras: manejo de cadenas, programación dinámica, grafos y algoritmos ávidos. En otro trabajo (Jurado et al, 2013) plantean que la metodología para la resolución de problemas es aquella que implica la aplicación de técnicas como la programación de pares; puesto que integra herramientas para apoyar el proceso de aprendizaje, mientras que Hundhausen & Carter (n.d.); afirman que uno de los éxitos en contextos educativos a nivel de programación y persistencia en la disciplina informática, es la relación directa que tiene de forma positiva en desarrollar la habilidad social de comunicación que se promueven entre equipos de trabajo.

El trabajo colaborativo en los ambientes de programación, tal como lo afirma Jurado et al (2013), permite a los estudiantes mejorar las habilidades de los miembros del equipo al igual que las propias. Puesto que al menos en la programación en parejas se trabajan juntos en el diseño del algoritmo, código y correspondiente prueba al igual para tratar de detectar errores y corregirlos. En Lovos (2014) se complementa al afirmar que la resolución de problemas usando el aprendizaje colaborativo, promueve la reflexión. Lo cual permite mejorar notablemente el aprendizaje. Además, se fortalece aspectos como el razonamiento, el autoaprendizaje y a nivel de trabajo colaborativo, permite a los estudiantes beneficiarse del conocimiento y habilidades de los integrantes del grupo, mejorando así sus propias destrezas.

Por otra parte, Fracchia, Kogan, & Armiño (2014) afirman que tradicionalmente la enseñanza de programación se ha realizado como una actividad individual; pero que en los últimos años su enfoque usando prácticas de aprendizaje colaborativo en programación competitiva, ha contribuido a una competencia donde hay ganadores y perdedores. Esto puede llegar a causar frustración entre los participantes. Para evitar este tipo de frustración las actividades de aprendizaje colaborativo que se usen en la programación competitiva se deben enfocar más al aprendizaje y a los aspectos lúdicos de ganar o perder. También, se deben tener claramente definidos los criterios de aprendizaje y de evaluación.

Por lo tanto, el aprendizaje colaborativo permite el logro de objetivos, puesto que permite tener varias soluciones a un mismo problema, se valora el conocimiento individual en la solución de dicho problema, se incentiva el pensamiento crítico, se fortalece la solidaridad, el respeto el cual muchas veces es basado en los resultados del trabajo en grupo, hay una gran apertura a conocimientos nuevos. También permite establecer diferentes conexiones a nivel cerebral; puesto que permite activar las sinapsis en el cerebro de los alumnos lo que permite generar habilidades que permiten reforzar o recibir nuevos estímulos, vivencias y pensamientos, esto permite un aprendizaje permanente, entre estas conexiones están la neurológica la cual se realiza cuando se aplica un trabajo cerebral al aprendizaje, al igual que las conexiones cognitivas permiten al estudiante adquirir información, adquirir competencias que puedan darle significado a las cosas; al igual que las conexiones sociales permiten al estudiante ser mentor para explicar sus ideas al otro y así beneficiar el grupo (Lucero, 1999) ,(Barkley , Cross, 2007);.

Cuando en el aprendizaje colaborativo se realiza asistido por computador, permite desarrollar competencias tales como la interdependencia en el establecimiento de metas, tareas, recursos, roles y premios, el grupo se enriquece por los diferentes medios de interacción, se valora la contribución individual, se estimula la escucha, la participación, el liderazgo, la coordinación de actividades como también el seguimiento y la evaluación ( Carrió, 2014).

El aprendizaje colaborativo permite que el estudiante se involucre en su propio conocimiento, esto permite dar un sentido de logro, pertinencia y aumento de autoestima tanto a nivel individual como grupal. En la tabla 1 se presentan algunas categorías en las que se basa el aprendizaje colaborativo y que aportan al desarrollo de competencias para la programación competitiva.

Uno de los objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas (ODS), el cual apunta a "aumentar significativamente la contribución de la industria al empleo y al producto interno bruto, de acuerdo con las circunstancias nacionales, y duplicar esa contribución en los países menos adelantados" (UNESCO, 2015). Desde el sector educativo se debe buscar estrategias para que la universidad y la empresa hagan redes de aprendizaje colaborativo, que busquen interacción constante entre oferta demanda y así cualificar las habilidades del personal que la universidad esta formando para el sector. Para contribuir al cumplimiento de este objetivo, las instituciones deben estar en la capacidad de desarrollar en sus estudiantes habilidades blandas tales como la creatividad, el pensamiento crítico, el trabajo colaborativo, la innovación, la intuición y la reflexión. Estas habilidades se pueden desarrollar y mejorar por el trabajo en equipo y desde la programación competitiva. En la tabla 2 se muestra cómo se pueden desarrollar algunas de estas habilidades, desde la programación competitiva, como una estrategia del trabajo colaborativo y así aportar a la ODS en términos de Innovación e infraestructura.

Para el desarrollo de la programación competitiva, específicamente las maratones de programación, se cuenta con tecnologías para realizar las competencias en línea y cualquier persona puede participar, entre las competencias de programación en línea más conocidas se encuentran:

TopCoder (http://www.topcoder.com/): es una de las plataformas más populares, las competencias se realizan cada semana con estudiantes de todas las partes del mundo. Su objetivo principal es permitir que los jóvenes ejercitar su mente en el análisis de situaciones lógicas y en las soluciones efectivas a problemas reales, convirtiéndose en un escenario ideal de entrenamiento para que se enfrenten con mayores posibilidades de éxito a los problemas encontrados en la industria

Google Code Jam (https://code.google.com/codejam): es una competencia anual organizada por Google, que busca nuevos talentos a nivel mundial para ser contratados posteriormente. Esta competencia tiene un límite de tiempo que varía entre 5 y 6 horas

Facebook HackerCup (https://www.facebook.com/hackercup): también es una competencia anual organizada Facebook, en donde se asignan un número determinados de ejercicios para ser resueltos en 24 horas. Consta de 3 etapas, los 25 equipos que permanezcan en la competencia se presentan en la final en las oficinas de Facebook.

Imagine Cup (https://www.imaginecup.com): es una competencia anual organizad por Microsoft donde los equipos deben dar solución de manera innovadora a una problemática real a nivel mundial utilizando tecnología de Microsoft.

Para el desarrollo de una estrategia de la programación competitiva se debe contar con un Online Judge System (OJs), como su nombre lo indica, es un sistema en línea que compila los códigos enviados por los participantes de la maratón y se validan a través de la aplicación de un conjunto de casos de pruebas. Aunque no hay un estándar definido para la solución de problemas la gran mayoría de las competencias siguen la dinámica mostrada en la Figura 1.

En el aula de clase la programación competitiva cobra relevancia en la medida que los docentes pueden promover el aprendizaje colaborativo en cursos relacionados con las ciencias de la computación. Hakulinen (2011) describe tres metodologías que son las más utilizadas en las competencias a nivel mundial: problemas con uso de programación, problemas sin uso de programación y comprensión de código.

* Problemas con uso de programación: la gran mayoría de las competencias en informática, los competidores deben elaborar un programa que resuelva un tipo de problema, estos problemas deben superar unos casos de pruebas previamente definidos, con este tipo de ejercicios es posible que los participantes obtengan una retroalimentación inmediata, de igual manera pueden enviar en varias ocasiones las soluciones hasta que esta sea correcta (Hakulinen, 2011).

* Problemas sin uso de programación: en este tipo de competencias se hace uso solo de lápiz y papel, buscando evaluar en los estudiantes los conocimientos informáticos relacionados con la programación, según (Burton, 2010) en este tipo de competencias pueden participar estudiantes que no necesariamente están relacionados con la programación pero que están interesados en la resolución de problemas como matemáticas y física. Este tipo de competencias están basados en la elaboración de un algoritmo o el seguimiento de este (Kubica & Radoszewski, 2010).

* Comprensión de código: en este tipo de competencia los estudiantes requieran de habilidades de lectura de códigos. En la industria es común que los programadores deban leer código fuente creado por otras personas. En este caso el participante debe entender el código con el objetivo de analizarlo y mejorarlo (Hakulinen, 2011).

3.Metodologia

En el Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) de la ciudad de Medellín desde el año 2016 hasta la actualidad, se realiza anualmente la maratón de programación, en el marco de la "Semana de la Ingeniería ITM" en la cual se busca inculcar en los estudiantes el trabajo en equipo y el aprendizaje colaborativo. Estas competencias han cogido mucha importancia por parte de los estudiantes y el cuerpo docente, de tal manera que la participación se ha incrementado de forma exponencial; con estudiantes tanto de los programas de la facultad de Ingeniería, como de otras facultades y en los últimos años (2019-2020) con la participación de otras instituciones educativas.

3.1.Proceso

En el ITM este proceso comenzó hace 5 años a través del semillero de algoritmia, con el objetivo de fomentar la creatividad, el trabajo en equipo, el aprendizaje colaborativo y afianzar los conceptos impartidos de algoritmia o lógica de programación en las diferentes asignaturas. Para lograr esta meta se indagó sobre el funcionamiento de la programación competitiva y fortalecer las diferentes técnicas de programación para cumplir el objetivo.

3.2. Semillero de investigación en algoritmia

A través del semillero de investigación en algoritmia se comenzó a fomentar encuentros semanales de aprendizaje colaborativo, principalmente con estudiantes de los primeros semestres con el fin de comenzar a comprender el funcionamiento de la programación competitiva, de igual manera las reglas descrita por la Association for Computing Machinery (ACM) y los aspectos a tener en cuenta para el envío exitoso de las soluciones. Algunas de estas reglas son:

* Deben formar equipos de 2 o 3 estudiantes

* La competencia consiste en la solución de un conjunto de ejercicios (entre 8 y 12) en un tiempo estimado (4 horas)

* Para la solución de estos ejercicios los estudiantes lo podrán realizar en los lenguajes de programación C, C# o Java

* Se usa la entrada y salida estándar, esto quiere decir que no se puede usar ninguna librería gráfica

* Cada vez que se da solución a un ejercicio, se subirá el código fuente a la plataforma (juez en línea) y esta indicará si el ejercicio está bien elaborado confrontándolo con los casos de prueba establecidos

3.3. plataformas de entrenamiento

En el semillero de investigación en algoritmia se usó hasta el año 2019 algunas plataformas ya creadas para el entrenamiento de los estudiantes en la solución de problemas. Aunque existen muchas en internet, se escogieron 2 plataformas por su completa gama de ejercicios y teniendo en cuenta el lenguaje en español, lo que permite un mejor entendimiento de los problemas, estas plataformas son:

* UVA Online Judge: Esta plataforma es muy popular entre los competidores ya que ofrece una gran variedad de problemas diversos temas y complejidades, fue creada en la universidad de Valladolid en España y permite realizar soluciones en lenguaje java, C++ y Python.

* Acepta el Reto: Es un juez online con problemas en español. El nivel de dificultad de los problemas es amplio, existiendo ejercicios para cada una de las etapas del ciclo de formación de los estudiantes. Permite envíos en C, C++ y Java

3.4.Plataforma para la maratón de programación

Para la realización de las diferentes maratones de programación, se utiliza la plataforma de juzgamiento online, BOCA, un software de administración de maratones de programación, que permite la comunicación entre competidores y jueces para envío de soluciones, preguntas y aclaraciones como se observa en la figura 2 y la figura 3

Sin embargo, desde el semillero de investigación en algoritmia, se está desarrollando un Sistema de Información denominado MaratonApp, que forma parte del proyecto Pseudosoft el cual está vinculado al proyecto de investigación "Metodología de la enseñanza centrada en el estudiante para el desarrollo de competencias algorítmicas y sistémicas: Un enfoque desde los sistemas adaptativos complejos apoyadas en las TIC", aprobado en la convocatoria interna 2019 del Instituto tecnológico Metropolitano-ITM, este software permite la creación de competencias, y la compilación en tiempo real de las soluciones enviadas por los estudiantes.

MaratonApp, se diferencia de las plataformas antes descritas en el sentido que se tiene en cuenta la diferencia que existe con respecto al estilo de aprendizaje de los estudiantes. Este aspecto es de gran relevancia ya que permite incentivar en el estudiante el gusto por la programación, el cual se ve reflejado en el mejoramiento continuo al momento de resolver los problemas en cada una de las competencias

4.Resultados

Para validar la propuesta de una estrategia de aprendizaje basada en programación competitiva y trabajo colaborativo, se presentan los resultados obtenidos en las maratones de programación organizadas por el ITM desde el año 2016 al año 2019.

En la figura 4 se presenta la cantidad de estudiantes inscritos a cada competencia desde el año 2016, mostrando un incremento importante en la participación de los estudiantes del ITM.

En los últimos 4 años han participado 594 estudiantes conformando 233 equipos de estudio, a los cuales se les realizo la siguiente encuesta respondiendo 320 estudiantes equivalente al 54% en la figura 5 los estudiantes responden si la programación competitiva les aporto en sus labores a nivel de trabajo en equipo, de los cuales el 91% respondió que sí, rectificando la importancia de la programación competitiva no solo en el trabajo conjunto sino en el aprendizaje colaborativo

En la figura 6 se puede apreciar las diferentes habilidades que los estudiantes desarrollan al participar en la programación competitiva, validando el pensamiento crítico, la resolución de problemas y la innovación son importantes pero el trabajo colaborativo es fundamental en este tipo de espacios.

En la figura 7, el 51.2% de los encuestados manifiestan la importancia de poner a prueba sus propios conocimientos y del equipo, al medirse con otros estudiantes del mismo nivel de formación y desarrollar la mayor cantidad de retos, como se aprecia en la figura 8. Estos dos resultados permiten concluir que la programación competitiva no solo es un escenario de sana competencia, sino que además fomenta la motivación en el proceso de aprendizaje.

En la figura 9 se puede apreciar la aceptación de este tipo de competencias en el proceso de aprendizaje de los estudiantes, donde el 96.3 % reconoce la importancia y efectividad para lograr resolver problemas algorítmicos más eficientemente de forma colaborativa

5.Conclusiones

A continuación, se exponen las conclusiones más relevantes a las que se llegaron en el desarrollo de esta estrategia didáctica, basa en la programación competitiva:

El aprendizaje colaborativo, que se desarrolla a través de los eventos de programación competitiva, ha demostrado desarrollo de habilidades blandas tan necesarias en el entorno laboral que exige la cuarta revolución industrial, no solo habilidades técnicas sino también humanas.

La educación en ciencias e ingeniería se basa principalmente en la asimilación de contenido y el desarrollo de habilidades. Sin embargo, ante el surgimiento de la cuarta revolución industrial es necesario estimular el pensamiento crítico y mejorar las prácticas actuales. Todo esto, apoyados en el uso de tecnologías de la información y la comunicación (TIC) donde se pueda gestionar el conocimiento de forma colaborativa.

Los estudiantes no solo necesitan estar bien entrenados en conocimiento y habilidades apropiadas para su área, sino que también deben ser creativos en sus propuestas para proporcionar soluciones valiosas y disruptivas en un entorno cambiante.

El uso de la programación competitiva dentro de los cursos de programación es una alternativa de enseñanza que incrementa el desempeño de los estudiantes, en gran medida porque los desafía constantemente a superar sus propios resultados por medio del aprendizaje colaborativo.

Actualmente existen varias competencias a nivel mundial haciendo uso de esta práctica. Sin embargo, el objetivo de cada competencia es diferente, algunas de ellas se enfocan en probar el conocimiento de los participantes, y otras a mejorar el aprendizaje, promover la informática y encontrar competidores talentosos

References

Referencias

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