La educación 4.0 y el aprendizaje digital han llevado a una transformación impulsada por la tecnología en las metodologías educativas y los roles de los docentes, principalmente en las Instituciones de Educación Superior (IES). Desde un punto de vista educativo, la literatura existente sobre la educación 4.0 destaca sus características y beneficios tecnológicos; sin embargo, hay una falta de estudios que evalúen su impacto en los resultados de aprendizaje de los estudiantes. Aparentemente, las características de la educación 4.0 se dan por sentadas, como si la tecnología en sí misma fuera suficiente para garantizar el aprendizaje, la autoeficacia y el compromiso de los estudiantes. Con el fin de abordar esta falta, este estudio describe las implicaciones de adaptar los principios de la educación 4.0 y el aprendizaje digital en un currículo de ingeniería. Se presentan cuatro estudios de caso realizados en los últimos cuatro años con 119 estudiantes, en los cuales se integraron tecnologías como gemelos digitales, un Sistema de Producción Modular (SPM), robótica de bajo costo, impresión 3D, inteligencia artificial generativa, aprendizaje automático y aprendizaje móvil. Con estos estudios de caso, se diseñó y desplegó una metodología educativa con aprendizaje activo, actividades prácticas y apoyo continuo del docente para fomentar resultados de aprendizaje cognitivos y afectivos. Se llevó a cabo un estudio de métodos mixtos, utilizando las calificaciones de los estudiantes, encuestas y entrevistas semiestructuradas para evaluar el impacto del enfoque. Los resultados sugieren que incluir los principios de la educación 4.0 y el aprendizaje digital puede mejorar las habilidades basadas en la disciplina, la creatividad, la autoeficacia, la colaboración y el aprendizaje autodirigido. Estos resultados se obtuvieron no solo a través de las características tecnológicas, sino también mediante la incorporación de la enseñanza reflexiva que proporcionó varios recursos educativos y orientó la metodología para el aprendizaje y el compromiso de los estudiantes. Los resultados de este estudio pueden ayudar a complementar el concepto de educación 4.0, ayudando a encontrar un enfoque centrado en el estudiante y concebir un equilibrio entre la tecnología, las prácticas docentes y los resultados de aprendizaje cognitivos y afectivos.