Evaluación del efecto de un laboratorio híbrido en el aprendizaje de un Lenguaje de Descripción de Hardware (HDL)

Abstract

Las iniciativas para mejorar el aprendizaje de los estudiantes han ido en aumento gracias a los avances en las telecomunicaciones y una mayor presencia de equipo de cómputo en los contextos educativos. Entre estas iniciativas se encuentran los laboratorios remotos que permiten la experimentación a distancia. En la misma línea se encuentran los laboratorios híbridos, que pueden agrupar tanto elementos remotos como virtuales o presenciales. El aprendizaje requiere que estas herramientas puedan ser efectivas a un alto nivel. De esta forma, pueden contribuir a motivar a los estudiantes para aprender y generar un flujo positivo en sus calificaciones y recompensas académicas. En electrónica digital, el aprendizaje de los lenguajes de descripción de hardware es de especial interés en el desarrollo de habilidades prácticas en la creación e implementación de circuitos electrónicos digitales. No obstante, se presentan desafíos para los estudiantes, docentes e instituciones. El aprendizaje requiere de estrategias, métodos y herramientas bien pensadas para atender y superar estos desafíos. Por esta razón, las iniciativas de laboratorios para atender a la parte práctica de una asignatura deben ser acompañadas por evidencia empírica para establecer las estrategias y formas de incorporar su funcionalidad en el contexto académico. La revisión de literatura presentó varias iniciativas de laboratorios remotos e híbridos, las cuales han sido generalmente bien recibidas por los estudiantes. En diversos casos, sus percepciones han permitido reconocer los beneficios y bondades que les han generado las nuevas iniciativas para la práctica de laboratorio. A pesar de ello, se encuentran pocos trabajos de validación de estas iniciativas desde el ámbito educativo. En otros casos, los instrumentos utilizados no están estandarizados o simplemente no han sido aplicados. En variables como la motivación por aprender, la evidencia acerca de iniciativas de laboratorios remotos es escasa y aún más para los de tipo híbrido. De esta manera, algunos autores enfatizan la necesidad de realizar más investigación involucrando distintas iniciativas de laboratorios, con el fin de encontrar sus efectos en diversas variables. Con la disponibilidad de mayor evidencia, se podrían tomar mejores decisiones acerca de los componentes de laboratorio práctico para asignaturas relacionadas con electrónica digital que involucren la práctica con un lenguaje de descripción de hardware. A partir de lo expuesto, este trabajo busca aportar evidencia acerca de los efectos en el rendimiento y la motivación en el aprendizaje de un HDL para una asignatura de electrónica digital. Para este propósito, se desplegó un laboratorio híbrido que reúne las modalidades remota y tradicional (Hands-On). El despliegue se realizó bajo una intervención educativa diseñada previamente como un estudio cuasi-experimental. Se trabajó con dos grupos, uno experimental y uno de control. En este proceso, se escogió un laboratorio remoto que, junto a la modalidad tradicional usualmente manejada, se constituyó como un laboratorio híbrido destinado a ser implementado en el grupo experimental. Mientras tanto, el grupo control se mantuvo bajo la modalidad tradicional. Se caracterizó la motivación por aprender gracias a la aplicación de cuestionarios del MSLQ-Colombia, al inicio y al final de la experiencia. Además, se llevó a cabo una encuesta de percepción y se recolectaron las notas de los informes de laboratorio entregados por los estudiantes. Estas acciones de recolección permitieron extraer datos acerca de la motivación y el rendimiento, así como las opiniones y percepciones acerca de la experiencia y las herramientas en detalle. El análisis de la información recolectada se llevó a cabo usando métodos estadísticos para verificar las variaciones en la motivación y el rendimiento. Los datos cuantitativos no arrojaron efectos significativamente positivos en la motivación o el rendimiento. El enfoque cualitativo permitió encontrar hallazgos importantes a partir de la percepción de los estudiantes. Se reportaron beneficios para el trabajo autónomo, buenas expectativas de rendimiento y disminución en niveles de ansiedad gracias a una mejor confianza en la experimentación del laboratorio. Estas son evidencias que pueden ser valoradas de forma positiva para establecer nuevas iniciativas de laboratorios híbridos que apunten al aprendizaje efectivo de lenguajes de descripción de hardware (HDL). (Texto tomado de la fuente).

Initiatives to improve students' learning have been increasing thanks to advances in telecommunications and the broader presence of computers in educational contexts. One of them is the Remote laboratory that allows students better access to experimentation from a distance. In the same way are hybrid laboratories, which can combine virtual, remote, and hands-on elements. Learning requires these tools to have a good level of proven effectiveness. Therefore, they can contribute to motivating students' learning and lead them to obtain better grades and academic rewards. About digital electronics, learning a language description hardware (HDL) is of particular interest in the development of practical skills for creating and implementing digital circuits. However, there are still challenges for students, teachers and educational institutions. Learning requires novel and well-thought strategies, methods, and tools tuned to overcome these challenges. As a consequence, new laboratory initiatives thought to address the practical component of a subject should be supported by empirical evidence to establish strategies and ways to integrate their functionality into the academic context. The literature review has revealed various initiatives involving remote and hybrid laboratories, generally well-received by students. In some cases, students' perceptions have allowed the recognition of the benefits and advantages that the new laboratory initiatives have generated for them. Despite this, the review identified a limited number of studies with findings validated from an educational perspective. In other cases, the measurement instruments employed were either not standardized or not applied at all. In variables such as motivation learning, evidence regarding laboratory initiatives is scarce and even more so for hybrid ones. Consequently, some of the authors emphasize the need to conduct further research involving diverse laboratory initiatives to understand their effects on various variables. If more evidence were made available, better decisions could be made about practical components of subjects associated with digital electronics that involve practice with hardware description languages. Based on the information presented, this work aims to provide evidence about the effects on variables such as academic achievement and motivation in learning an HDL within the context of a digital electronics subject. For this purpose, a hybrid laboratory integrating both remote and in-person (hands-on) modalities was implemented. This initiative was part of an educational intervention previously designed and structured as a quasi-experimental study. Two groups were involved, one designated as the control group and the other as the experimental group. Next, a selection process of a remote laboratory was conducted so, put together with the traditional modality (hands-on), a hybrid laboratory could be established. This hybrid laboratory was available only for the experimental group. Meanwhile, the control group continued with the traditional modality. Motivation learning was assessed using the MSLQ-Colombia instrument, both at the beginning and conclusion of the intervention. Also, a survey of perceptions was administered and the grades of laboratory assignments were collected as well. This data collection allowed the extraction of information regarding motivation and achievement, as well as opinions and perceptions about the tools in detail and the experience as a whole. The analysis of the collected information relied on statistical methods to assess significant effects on motivation and achievement. Quantitative data did not reveal any significant positive effects on these variables. From the qualitative approach, there were important findings based on students' perceptions. Among the reported benefits were better autonomous work, good expectancy for success and lower levels of anxiety thanks to an enhanced trust in laboratory experimentation. These pieces of evidence could be useful to establish new initiatives of hybrid laboratories aimed at the effective learning of hardware description languages.