Creación de una IA optimizada para la asignatura de Fundamentos de Programación

Abstract

En los últimos años, los agentes conversacionales apoyados por inteligencia artificial (chatbots), como ChatGPT o Microsoft Copilot, han adquirido una gran relevancia, especialmente en el ámbito educativo, por su capacidad para interactuar de manera natural, resolver dudas de los alumnos y apoyar la generación de contenido por parte de los profesores. Este Trabajo de Fin de Grado presenta una aplicación web que integra un chatbot dirigido a la asignatura de Fundamentos de Programación, orientado tanto a estudiantes como a profesores. Fundamentos de Programación es una asignatura del primer curso del Grado en Ingeniería Informática de la Universidad de Valladolid. Debido a que para muchos alumnos es la primera vez que se enfrentan a la programación, es una asignatura con un alto grado de fracaso académico. Además, muchos alumnos confunden que el programa funcione, con que esté bien estructurado desde el punto de vista de los requisitos que los profesores piden en la asignatura. De esta manera, el sistema desarrollado permite plantear consultas, acceder a materiales, gestionar archivos y valorar respuestas de forma autónoma. El chatbot utiliza un modelo de lenguaje local combinado con un enfoque de Recuperación Aumentada por Generación (RAG). Esta técnica permite la contextualización de las respuestas en base a documentación proporcionada previamente por el profesor, pudiendo así mejorar las respuestas del chatbot hacia los objetivos de la asignatura. La aplicación está integrada con Moodle, que se encarga de la autenticación y adapta la interfaz según el rol del usuario (estudiante o profesor), permitiendo así que el chatbot sea ofrecido como un recurso más de la asignatura junto con el resto de contenidos. Además, el sistema puede recopilar archivos directamente desde Moodle, enriqueciendo así el contexto que utiliza el chatbot. Para garantizar el correcto funcionamiento del sistema, se han realizado pruebas para ajustar los parámetros que influyen en la recuperación de la información, identificando los valores óptimos para la calidad de las respuestas. También se han llevado a cabo evaluaciones con usuarios finales, tanto profesores como alumnos, a través de cuestionarios estandarizados y preguntas abiertas. Los resultados muestran una valoración positiva tanto en la facilidad de uso como en la utilidad de la herramienta para el aprendizaje y la enseñanza. Este proyecto demuestra cómo la inteligencia artificial y las tecnologías de procesamiento de lenguaje natural pueden aplicarse en entornos educativos, adaptándose a las necesidades reales de profesores y estudiantes.

In recent years, conversational agents powered by artificial intelligence (chatbots) such as ChatGPT or Microsoft Copilot have gained significant importance, especially in the field of education, due to their ability to interact naturally, answer students’ questions, and support content creation for teachers. This Bachelor’s Thesis presents a web application that integrates a chatbot specifically designed for the subject "Fundamentals of Programming", aimed at both students and instructors. Fundamentals of Programming is a first-year course in the Computer Engineering degree of the University of Valladolid. For many students, it is their first contact with programming, which results in a high failure rate. Moreover, students typically confuse having a program that works with having one that is well structured according to the requirements set by the instructors. The developed system allows users to submit queries, access course materials, manage files, and evaluate answers autonomously. The chatbot uses a local language model combined with a Retrieval-Augmented Generation (RAG) approach, which enables responses to be contextualized based on documentation previously provided by instructors, thus improving alignment with the objectives of the course. The application is integrated with Moodle, which handles user authentication and adapts the interface depending on the user’s role (student or instructor), making the chatbot available as an additional resource alongside the rest of the course content. Furthermore, the system can automatically retrieve files from Moodle, enriching the context available to the chatbot. To ensure optimal system performance, tests were conducted to fine-tune the parameters influencing information retrieval, identifying the most suitable values for answer quality. Additionally, evaluations were carried out with end users—both instructors and students—using standardized questionnaires and open-ended questions. The results show positive feedback regarding both the usability and usefulness of the tool for teaching and learning. This project demonstrates how artificial intelligence and natural language processing technologies can be applied in educational environments, adapting to the real needs of both instructors and students.