1

La Fábrica del Aprendizaje

2

Destrezas de Ingeniería para el Siglo 21

• Fuertes capacidades técnicas• Destrezas de comunicación y persuasión• Habilidad para trabajar efectivamente como miembro de un equipo de trabajo• Entendimiento de las fuerzas no técnicas que influyen en gran manera en las decisiones de ingeniería• Compromiso con el aprendizaje continuo

Agradecimiento a: Prados, 1998

3

Núcleo de los Criterios de ABET ABET 20002000

Currículos de ingeniería orientados hacia

resultados

•destrezas y capacidades del graduado de

ingeniería

•responder a las necesidades de los

constituyentes

Componente de evaluación de resultados

•continuo

•proceso de re-ingeniería

4

Cambios Mayores

• Criterio # 1: Evaluar, aconsejar y dar seguimiento al aprendizaje de los estudiantes en base a los objetivos

• Criterio # 2: Establecer objetivos educacionales del programa

• Criterio #3: Tener un proceso de evaluación continuo

5

Los programas deben demostrar que los estudiantes poseen lo siguiente:

a. habilidad para aplicar conocimientos de matemáticas, ciencias e ingeniería

b. habilidad para diseñar y conducir experimentos, y analizar información

c. habilidad para diseñar un componente de sistemas o procesos

d. habilidad para trabajar en equipos multidisciplinarios

e. habilidad para identificar, resolver y formular problemas de ingeniería

f. entendimiento de las responsabilidades profesionales y éticas

g. habilidad para comunicarse efectivamente

h. entender el impacto que tienen la soluciones de ingeniería en el contexto social y global

i. mantenerse aprendiendo continuamente

j. conocimientos de temas de la actualidad

k. habilidad para utilizar las técnicas, destrezas y herramientas de ingeniería necesarias en la práctica de la ingeniería

6

¿Qué hacer?¿Qué hacer?

7

Antes de ABET 2000Antes de ABET 2000

1. Plan estratégico departamentalmetas, objetivos, métricas

2.Recursos Presupuesto

3. Estrategias de Implantación yPlan de trabajo

8

Nuevos Criterios de Nuevos Criterios de ABET ABET 20002000

Completan el ciclo de Completan el ciclo de mejoramiento de la calidad mejoramiento de la calidad

en el proceso de la en el proceso de la educación educación

Constituyentes

1. Plan estratégico departamamental

metas, objetivos, métricas

2. Recursos Presupuestados

3. Estrategias de implantación

4. Evaluacióncriterios, herramientas de evaluación, colección de datos, análisis e informe

5.Retroalimentación

9

¿Cómo responder?

Estudiantes destrezasy conocimientos

Graduandosdestrezas yconocimientos

Constituyentes

,,

-- Una alternativa: la Fábrica del Aprendizaje

1. Plan estratégico departmamental

metas, objetivos, métricas

5.Retroalimentación

4. Evaluación

criteríos, herramientas de

evaluación, recolección de

datos, análisis y informe

3. Estrategias de implantación

y “milestones”

2. Recursos

Presupuestados

La Fábrica del Aprendizaje

10

La Fábrica del AprendizajeLa Fábrica del Aprendizaje:Un “nuevo” paradigma en la educación de Un “nuevo” paradigma en la educación de ingeniería desarrollado por: ingeniería desarrollado por:

Manufacturing Engineering Education Manufacturing Engineering Education Partnership (MEEPPartnership (MEEP))

• Proceso de desarrolloProceso de desarrollo• DescripciónDescripción

11

Washington

Puerto Rico

PennsylvaniaSandia

La Alianza

12

MEEP – El proyecto

• NSF 1994• Educación en ingeniería de

manufactura a través del currículo

• Uno de un total de 50 proyectos (~350 propuestas)

• Cantidad otorgada = $2.75M por 3 años

13

Receta para una innovación exitosa

1. Una necesidad2. Una buena idea 3. Un fuerte liderazgo central

Un plan estratégicoResponsabilidad y autoridad distribuídaUn jefe o líder

4. Un equipo efectivoUn número manejable de socios Diversas destrezasUna visión compartida

5. Apoyado por el sector productivo6. Atención al diseño del proceso pedagógico

14

El Proceso

Plan Estratégico

Plan Operacional

Implantación

Evaluación

Retroalimentación

Diseminación

15

El Proceso

• Situación actual• Resultados deseados• Misión/visión• Metas/objetivos• Estrategias• Evaluación (métricas)

Plan Estratégico

Contestando las interrogantes:

¿Dónde nos encontramos?¿Dónde deseamos estar?¿Cómo podemos llegar?

Contestando las interrogantes:

¿Dónde nos encontramos?¿Dónde deseamos estar?¿Cómo podemos llegar?

16

¿Dónde estábamos en 1994?

• Énfasis en la búsqueda de fondos para investigación

• Los currículos de ingeniería eran altamente teóricos, analíticos y pasivos

• Las conferencias en el salón de clases eran el mécanismo predominante de enseñanza

17

• La industria desea ingenieros que puedan:– aplicar los fundamentos– formular y resolver problemas– diseñar y desarrollar proyectos– trabajar en equipos– aprender por sí mismos– manejar la ambigüedad

18

Plan Operacional

El Proceso

UW

Penn State

UPRM

Sandia

Desarrollo de CursosDiseminación

Fábrica del aprendizaje

Alianza conla industria

X

X

X

X

Plan Operacional• Distribución de tareas• Desarrollo y

mantenimiento de equipos

• Comunicación

19

Tareas del Proyecto

Modernas facilidades La Fábrica del Aprendizaje

Realización de ProductoCurrículo

Alianza fuerte conIndustria

Diseminación

Un día promedio en la Fábrica del Aprendizaje (PSU)

20

• Desarrollo de Cursos• Facilidades de la Fábrica del Aprendizaje•Colaboración de la Industria

Implantación

El Proceso

21

La Fábrica del Aprendizaje

Último año

Disección de ProductoGráficas y Diseño

EmpresarialIngeniería Concurrente

Proyecto Interdsciplinario de Diseño

Ingeníero Profesional

Procesos avanzados de ManufacturaProceso de Manufactura

La especialización secundaria en la Realización de un Producto desarrolla unos fundamentos firmes para una carrera profesional

Currículos Prácticos

Fábrica del Aprendizaje en UW

22

Misión de MEEP

Manufactura

Realidades de Negocio

Diseño

Integrar al currículo de ingeniería…

23

Tácticas

•14,000 pies cuadrados de modernas facilidades de la Fábrica del Aprendizaje •Fuerte sociedad con la industria (más de100 compañías)•Nuevos cursos y opciones en cada universidad conducentes al grado en Realización de Productos•Proyectos de diseño interdisciplinarios con la industria•Ingenieros profesionales en el salón de clases•Intercambio de tecnología entre universidades, Sandia y NSF•Diseminación a otras universidades

24

PSU Product Realization Minor

• Core courses– Me 288 Product

Dissection– IE 466 Concurrent

Engineering– IE 424 Process Quality

Engineering– EE 407 Technology-

Based- Entrepreneurship

• Senior Capstone Design• 6 créditos en

manufactura

UPRM Certificado enManufactura

Cursos nuclearesINME 3810 Product DissectionADMI 3100 Technology-Based- Entrepreneurship ININ 4810 Concurrent Engineering

Senior Capstone Design

UW Minor

Cursos• ME 495 Capstone Design

• INDE/ME 498 Concurrent Engineering

• INDE/ME498A Technology Based Entrepreneurship

• ME 395 Product Dissection

• INDE 451 Statistical Quality Control

25

EvaluaciónRetroalimentación a

los constituyentesDiseminación

Plan Estratégico

Plan Operacional

Implantación

El Proceso

Evaluación

Retroalimentación Diseminación

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Cursos Nucleares de La Fábrica del Aprendizaje

Disección de Producto

Gestión Empresarial Basada en la Tecnología

Ingeniería Concurrente

Disección de ProductoGráficas y Diseño

EmpresasIngeniría Concurrente

Proyectos de diseño interdisciplinarios

Ingeníero Profesional

Procesos avanzados de manufacturaProcesos de Manufactura

27

Filosofía de los Cursos de MEEP

No a las clases tradicionales conénfasis en conferencias Experiencia Práctica:

“Yo oigo, olvidoYo veo, recuerdo

Yo hago, entiendo”

28

Desarrollo Curricular

• Desarrollo de equipos para cada curso– profesores de todas las instituciones – representantes de la industria– estudiantes

• Tabla de Capacidades y Destrezas• Estrategias de enseñanza/aprendizaje

– Actividades de la Fábrica del Aprendizaje– Expertos en el salón de clases– Visitantes de la industria

• Cursos Pilotos• Evaluación y Retroalimentación• Institucionalización• Diseminación

29

Tabla de destrezas y capacidades

Temas Currículares

Disección de Producto Ingeniería Concurrente Empresariales Ingeniería de Procesos de Calida

Proyeto de diseño en el ultimo añoS

Fundamentos de Ciencia de Ingeniería

P P P P P

Síntesis de Diseño B B B B A

Métodos de Probabilidad N/A N/A N/A A A

Creatividad B R B R A

Destrezas de Comunicación B A A B A

Destrezas de Equipo B A A A A

…

…

Legenda: R= resumen B = Básico A = Avanzado P = Pre-requisito N/A = No aplica

30

Plantilla del Curso

Módulo CONTENIDO DESTREZAS* Comunica-

ción Solución de problemas Conocimiento

de Negocios Creatividad Trabajo en

equipo Otros

MÉTODO DE ENSEÑANZA Conferencias Fábrica del

Aprendizaje Expertos en

el Salón de Clases

Excursiones de Campo

Proyectos Informes

orales y escritos

Equipos Otros

HERRAMIENTAS DE EVALUACIÓN Exámenes Pruebas cortas Asignaciones A la medida

31

DISECCIÓN DE PRODUCTOS

•Disección de productos, ingeniería inversa y análisis competitivo como herramientas de diseño•Desarrollo de Equipos•Materiales y Selección•Proceso de diseño del producto y ciclo de vida del producto•Historia de la Tecnología

Dibujo de taladro por estudiante

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Objetivos del Curso

Aprender sobre ingeniería y diseño de productos a través de:

1. Diseccionar los productos de consumo e industriales con el fin de determinar cómo funcionan, cómo fueron hechos y cómo pueden ser mejorados

2. Explicar la función de estos a través de la aplicación de los principios físicos apropiados

3. Comunicar la función efectivamente – oral, escrita, electrónica y gráficamente

4. Desarrollar las destrezas de razonamiento visual y las aptitudes mecánicas

33

Contenido del CursoContenido del Curso

ref. Engineering Design Graphics, J. H. Earle, pg. 18, used by permission ofAddison Wesley, ©1990, all rights reserved

Proceso de Diseño

Investigación de los productos y las máquinas

• Historia • Operación física• Diseño• Construcción • Consideraciones Sociales• Ética• Asuntos tecnológicos: el éxito vs. el fracaso en el mercado

34

Disección: Los Productos

Motor CI

Taladro

Bicicleta

Teléfono

CámaraDesechable

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Gestión Empresarial Basada en la Tecnología

• Enfoque en el proceso de comenzar, financiar, y dirigir un negocio. También se enfoca en la gerencia de las empresas ya existentes. Incluye temas tales como: Análisis del Mercado, Especificación del Diseño de un Producto, Plan de Negocios y Gerencia Estratégica.

• Provee una amplia experiencia práctica en los procesos de creación y mercadeo de nuevos productos.

• Comienza con el proceso de generación de ideas y finaliza con el plan para la comercialización de nuevos productos.

36

Metodología de Diseño

¿Cúal es el problema real?

Dividir problema en problemas más pequeños

Dividir problema en problemas más pequeños

Incubación

Generación de ideas

Selección de unaidea creativa

Implantación de la ideaImplantación de la idea

Evaluar desempeño y repetir si ha ocurrido alguna falla

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Flujo de Actividades

EstudiantesIndividuales

Equipo

Fundamentos delDesarrollo de equipos

Creación deequipos

Ejercisios de Desarrollo de equipos

Crear la misióndel equipo

Actividades deEquipo requeridas

El problema

Metodología desolución de problemas

Consultas a la Facultad

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Ingeniería Concurrente

Aprender sobre la ingeniería concurrente y la manufactura y entrega de un producto, a través de:– La integración de las funciones de un

negocio:• desde la voz del consumidor hasta• la revisión del producto, y,• la viabilidad del negocio

– El trabajo en equipos interdisciplinarios – El seguimiento a los proyectos de GEBT– Mejorar los prototipos

39

Contenido

• Estudio de casos, demostraciones de laboratorio, proyectos, lecturas relacionadas a la ingeniería concurrente

• Filosofía del curso– voz del consumidor– interfase entre manufactura y diseño– gerencia de proyecto– asuntos relacionados al ciclo de vida del

producto– costo del producto

40

Experiencias en UPRM

Temas de los proyectos:•Juguetes para niños con impedimentos•Productos orientados a la conservación del ambiente•Salud y Acondicionamiento Físico•Seguridad Personal

Sobre 200 estudiantes y 50 proyectos

41

Facilidades de la Facilidades de la Fábrica del Fábrica del AprendizajeAprendizaje

42

¿Qué es La Fábrica del Aprendizaje?

• Es un lugar:– Donde los estudiantes y la facultad

interactúan– Practican lo que aprenden– Tiene estructura flexible

• Se ha implantado en:– UPRM– PSU– UW

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Elementos Básicos

• Estudio para el diseño• Procesos de Manufactura

– Prototipo Rápido

• Área de Disección• Líneas Piloto de Manufactura

44

Concepto de la Fábrica del Aprendizaje en UPRM

Hard Automation Lab - PLC's - Pneumatics - Sensors - Actuators

Design and Simulation Lab - Discrete Event Simul. - CAD - CAM - CAE

Manufacturing Processes Lab - Machining - CNC

Artificial Intelligence Lab - Expert Systems - Neural Networks - Fuzzy Logic

Fábrica del Aprendizaje

PVC LINE

SMT ASSY' LINE

TABLET MFG

INJECTION MOLDING

Prototyping Lab - Machine Tools

- Electronic Testing Equipment - Components/ Parts

Software Automation Lab - Industrial Robots - Computer Vision

Pharmaceutical and Food Processing Lab - Granulation - Drying - Encapsulation - Tablet Compression - Water Purification

45

Facilidades de la Fábrica del Aprendizaje en UW

46

La Fábrica del Aprendizaje en PSU

• Diseño y manufactura bajo un techo

• No departamental• Servicio inmediato• Abierto de 8am- 10pm• Personal técnico a

tiempo completo• Talleres y cursos• Apoyo interno y

externo

47

Barreras Potenciales

• Administración• recursos y distribución de espacio

• Facultad• que acepte el concepto y que participe

• Estudiantes• tiempo que requiere las nuevas estrategias de aprendizaje

48

Factores de Éxito de la Fábrica del Aprendizaje

• Satisface una necesidad: – Experiencias prácticas

• Contar con un fuerte apoyo administrativo

• Participación de la industria• Que las facilidades sean

compartidas y multi-disciplinarias• No se le cobra al usuario• La presencia de un “Maestro”

49

Evaluación

50

Metas de Evaluación de MEEP

• Probar si se han alcanzado las metas y objetivos

• Determinar la calidad del programa• Informar a los constituyentes• Utilizar los resultados de las

evaluaciones para desarrollos posteriores

• Promover el cambio en las instituciones

• Diseminar resultados

51

Diseño del Proceso de Evaluación Continua

• Estudiar las metas del proyecto, tareas y resultados esperados de acuerdo al plan estratégico

• Identificar Métricas• Establecer Criterios• Desarrollar herramientas de

evaluación• Llevar a cabo las evaluaciones• Analizar los resultados• Informar a los constituyentes

52

Métricas Cuantitativas

Desarrollo de Currículos (DC)• Número de cursos desarrollados y modificados utilizando la Fábrica del Aprendizaje• Número de estudiantes, facultad, y personal de apoyo• Estudiantes empleados• Número de proyectos industriales• Número de ingenieros y expertos en el salón de clases• Número de módulos de cursos transferidos• Número de peticiones de información

Fábrica del Aprendizaje (FA)

• Adquisición de recursos y donaciones• Utilización de estudiantes• Número de proyectos o actividades• Actividades de adiestramiento

53

Socios de la Industria (SI)Número de socios industrialesNúmero de graduados del programa reclutados por los socios de la industria Número de horas de consultoría a la industria Número de estudiantes matriculados en internadosNúmero de proyectos industrialesPublicaciones

DiseminaciónNúmero de cursos desarrollados compartidos Número de instituciones diseminadasNúmero de cursos utilizados por otras institucionesNúmero de estudiantes que participan en las actividades de diseminaciónNúmero de ponencias y presentacionesNúmero de participantes en los talleresNúmero de actividades de diseminación

54

Evaluación...

• Elementos– interno, externo, criterios múltiples,

holístico, componentes cualitativos y cuantitativos

• Equipo Evaluador – líder– representantes institucionales e industriales

55

Recursos y Herramientas

• Plan Estratégico• Evaluación global: Matriz • Matrices individuales por tarea • Instrumentos de Evaluación

– encuestas– grupos focales– asesores externos

56

Tareas

Metas y Objetivos Stakeholders

Student Faculty Industrials/others

Develop a new interdisciplinary, practice-based Curriculum which emphasizes the interdependency of manufacturing and design, in a business environment

X X X

Desarrollo de Currículos Develop a new paradigm for coalition-wide course development, sharing and export to the academic community at-large

X X

Integrate these new courses into the permanent academic programs of the respective universities X X X Facilitate and encourage the inclusion of more design/manufacturing content into existing courses X X X

Implement the Integrated Learning Factory (ILF) to support curriculum activities locally and across the partnership

X X X

Integración de la Fábrica del Aprendizaje

Initiate the capstone design project course with industrial support X X X

Establish linkages to partnership school facilities and activities local industry and community colleges national industry, universities, and research institutions.

X X X

Establish a local Industrial Advisory Board X X Create a liaison that will interact with the coalition task leader for Industrial Partnership X X Socios de la Industria Expand the industrial sponsor base X X X Coordinate the development of industrial based projects for undergraduate students , and exchange

progams to support the curriculum X X X

Identify strategies to amplify the effectiveness of the Learning Factory X X X

Diseminación Develop a process for the members to fully share instructional, laboratory, and manufacturing facilities. X X X Develop a process for external institutions to participate in the MEEP educational program. X X X

Matriz Global

57

Pregunta 1: Was a new interdisciplinary, practice-based curriculum which emphasizes the interdependency of manufacturing and design, in a business environment developed?

Subpreguntas Data Collection Approach

Respondents1

Schedule2

1a. ¿ El Programa permite a los estudiantes poner en práctica sus fundamentos en la ciencia de ingeniería al solucionar problemas de la vida real?

Questionnaire (Q) or Focus Group (FG) Samples

S, F, I

1b. ¿Se enfatizaron las destrezas de comunicación professional y de trabajo en equipo? Q or FG Samples Interviews

S, F, I

1c. ¿Se hace uso extenso de estudio de casos, técnicas activas de aprendizaje, tecnologías de computadora en el salón de clases?

Q or FG Samples

S, F

1d. ¿Proveyo el programa experiencias prácticas de ingeniería que previamente no estuvieron disponibles? Q or FG S, F 1e. ¿Las escuelas socios intercambiaron información y aprendieron las unas de las experiencias de otras? Q or FG S, F, I 1f. ¿Tomaste cursos con estudiantes cuya disciplina era diferente a la de ingeniería? Q or FG S 1g. ¿Desarrollaste o modificaste cursos para acomodar múltiples discplinas de ingeniería? Q or FG F Question 2: Was a new paradigm for coalition-wide courses development, sharing and export to the academic

community at-large developed? Subpreguntas: Data

Collection Approach

Respondents

Schedule

2a. ¿ Se compartieron ideas y recursos, evitando así esfuerzos redundantes? ¿ Se utilizaron las nuevas tecnologías de comunicación logrando así el consenso en cuanto al contenido del curso?

Q or FG Samples

S, F, I

2b. ¿Fueron transportados fácilmente los materials currículares desarrollados, a los socios de MEEP, y exportados a la comunidad académica?

Q or FG

S, F

2c. ¿ Se utlizaron las tecnologías de computadoras, y las comunicaciones electrónicas? Q or FG Samples

S, F

2d. ¿Participaste junto a los profesores de la sociedad para desarrollar los materials del curso? ¿Cuán efectivamente? Q or FG F

1 S: students; F: faculty; I: industrial partners; O: others [e.g., other institutions outside the partnership] 2 Assessments all carried out at the conclusion of the project.

Matrices de Tareas Individuales

58

Herramientas de Evaluación

• Trabajo en Equipo• Presentaciones

orales• Informes escritos• Curso• Enseñanza• Investigación de

grado• Internados

• Encuesta a la industria

• Encuesta a la facultad

• Encuesta a los estudiantes

• Grupos Focales• Asesores

externos

59

Otras Herramientas de Evaluación

• Gloria Rogers’: Stepping Ahead: An assessment Plan Development Guide (gloria.rogers@rose-hulman.edu)

• Linda Suskie’s: Questionnaire Survey Research, 2nd ed., Association of Institutional Research

• NSF’s User Friendly Handbook for Project Evaluation: SMET Education, NSF 93-152

• Survey Pro Software, Apian Software, Menlo Park, CA

60

Algunos Resultados Cuantitativos

• Nuevas especializaciones secundarias u opciones @ cada institución

• 1,333 estudiantes participaron en los primeros dos años

• 43 profesores

• Sobre 100 socios de la industria – $2.3 millones en efectivo y donativos

• 1,700 metros cuadrados de facilidades

• Material curricular diseminado a otras instituciones

61

Algunos ResultadosMeta Evaluación (de acuerdo

totalmente de acuerdo)

Se proveyeron problemas de la vida real

El programa permitió prácticar con problemas de la vida real

100% de los socios de la industria (SI)

88% de los estudiantes

Se enfatizaron las destrezas de comunicación

Se enfatizaron las destrezas de trabajo en equipo

89% de los SI, 93% de la facultad, 97% de los estudiantes

93% de los SI, 93% de la facultad, 97% de los estudiantes

La calidad del programa es superior

72% de la facultad

Mejor entendimiento de la ingeniería

Más confianza en la habilidad de enseñarse a ellos mismos

Se utiliza extensamente el aprendizaje activo

78% de los estudiantes 80% de los estudiantes 82% de los estudiantes

Los cursos de MEEP son más divertidos

82% de los estudiantes

62

Resultados

Meta Evalaución (de acuerdo o totalmente de acuerdo)

IAB locales proveyeron guía estratégica y operacional a los socios

68% de los Socios de la Industria (SI)

IAB proveyó apoyo a MEEP 79% de los SI, 90% de la facultad

Los estudiantes de MEEP son más útiles para las organizaciones

Es más probable contratar a un estudiante de MEEP

95% de los SI 79% de los SI

63

Resutados

• Diseminación– Publicaciones, presentaciones– CD-ROM – PaSCoR– ABET 2000– Otras instituciones han adoptado o

adaptado el concepto de la Fábrica del Aprendizaje

– Talleres

64

Comentarios…

• “ . . . la industria tiene un impacto en el desarrollo curricular, los estudiantes y la facultad…y tienen un impacto en nuestra compañía.”

• “Las experiencias prácticas son útiles y necesarias.”

• “MEEP es exitoso por la clase de personas que participan…personas que se preocupan por el tipo de educación que los estudiantes reciben.” –

65

Asesores Externos

• 7 asesores externos• Un amplio peritaje

• Retroalimentación por medio de:• la participación en la reuniones de MEEP• las encuestas completadas• entrevistas llevadas a cabo en las conferencias

de ASEE • revisión de los materiales de los cursos

66

Respuesta a la evaluación

• Continuar con las evaluaciones y con la re-ingeniería de los resultados del programa• Aumentar el uso de la Fábrica del Aprendizaje

– Expandirlo a otros cursos de ciencia y ingeniería

– Aumentar los esfuerzos de mercadeo• Mantener y aumentar los esfuerzos de

diseminación del proyecto• Utilizar la experiencia para los criterios de ABET 2000 en UPRM

Para hacer:

67

Actividades Actuales de UPRM

• Diseminación – materiales del cursos • Nuevas Iniciativas

– Modelo de la FA - NASA PaSCoR

• Talleres– ASEE, FIE, ICEE– Universidades locales y nacionales – Auspiciados por NSF, Raytheon & Microsoft

• ABET

68

¿Por qué este programa ha sido un éxito?

• Plan estratégico• Actitudes • Equipos• Liderazgo• Participación de todos los

constituyentes• Deseo de cambio y de aprender