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UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD DDEE JJAAÉÉNN Vicerrectorado de Docencia y Profesorado

Secretariado de Innovación Docente y Formación del Profesorado

MEMORIA FINAL DE PROYECTOS DE INNOVACIÓN DOCENTE

CONVOCATORIA CURSO 2010/2012

DATOS DEL/DE LA SOLICITANTE

Nombre Francisco

Apellidos Espínola Lozano

D.N.I. 24158647E E-mail [email protected]

Centro Fac. de Ciencias Experimentales Teléfono 953212948

Departamento Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales

Categoría Profesor Titular de Universidad

DATOS DEL PROYECTO

Título Desarrollo e implementación de módulos de aprendizaje para Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente basados en simuladores de procesos e Internet

Línea de actuación Proyectos para asignaturas

Departamento/s implicados Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales

Asignatura/s implicada/s Ingeniería Química Tratamiento de Efluentes Gaseosos Química Industrial I Ciencia y Tecnología del Medio Ambiente

Titulación/Grado implicado/s Grado en Química Licenciatura en Ciencias Ambientales Ingeniería Técnica Industrial, especialidad en Mecánica, Electricidad, Electrónica y Química Industrial

Curso/s implicado/s 2º Grado en Químicas 2º Ing. Téc. Ind., Química Industrial 3º Ing. Téc. Ind., Mecánica, Elec. y Electrónica 4º Lic. Ciencias Ambientales

Nº de alumnos afectados 150



MEMORIA DEL PROYECTO

Justificación Las propuestas docentes innovadoras deben brindar no sólo una actualización conceptual, sino, además, introducir en la medida de lo posible las Tecnologías de la Información y la comunicación (TIC). En este contexto, un grupo de profesores de las áreas de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente nos hicimos la siguiente pregunta: ¿Qué elementos básicos debe tener un modelo que sustente módulos de aprendizaje para ingenierías y tecnologías, desde una perspectiva constructivista del aprendizaje y utilizando las TICs? Para responder a este interrogante propusimos el Proyecto cuyo objetivo principal se centra en definir un modelo que integre los aprendizajes constructivistas y las nuevas tecnologías de la información y la comunicación, utilizando programas de simulación de procesos. Nos hemos centramos básicamente en los simuladores de procesos y otras herramientas necesarias para su uso (Internet, hojas de cálculo, bases de datos, etc.). Pero los simuladores de procesos comerciales disponibles para Ingeniería Química no están orientados específicamente para el aprendizaje y no incorporan modelos psicopedagógicos que tengan como centro de atención al estudiante. Por ello, hemos diseñado, desarrollado e implementado supuestos prácticos para su posterior resolución con el software comercial. La experiencia se ha realizado utilizando el simulador de procesos HYSYS en asignaturas que no tiene como objetivo el aprendizaje de un simulador de procesos. Hemos tenido como centros de referencia pedagógicos modelos de procesos de enseñanza-aprendizaje basados en el paradigma constructivista, que ha tenido en las teorías de Bruner (aprendizaje por descubrimiento) y Ausubel (aprendizaje significativo) a dos importantes precursores. La postura constructivista del aprendizaje sostiene que toda actividad mental es constructiva: el alumno adquiere el nuevo conocimiento a través de un proceso activo de asimilación y acomodación, donde tanto lo nuevo como lo ya existente se transforma a medida que el alumno construye esquemas de comprensión más inclusivos.



Objetivos conseguidos El objetivo principal del Proyecto consistía en desarrollar e implementar módulos de aprendizaje para la Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, basados en programas informáticos de simulación de procesos y utilizar Internet como herramienta complementaria. A su vez, se concretaba en otros específicos, de los cuales se han conseguido:

1. Constituir un equipo de trabajo para el intercambio de conocimientos y experiencias dirigidos a la actualización docente.

2. Examinar diferentes herramientas de trabajo para implementar módulos de aprendizaje basados en simuladores de procesos e Internet.

3. Encontrar nuevas estrategias que el profesorado pueda adecuar a sus prácticas y que favorezcan los aprendizajes de los estudiantes.

4. Desarrollo de un módulo de aprendizaje para la asignatura de Tratamiento de Efluentes Gaseosos basado en la simulación de columnas de absorción de gases.

5. Desarrollo de un módulo para la asignatura de Ingeniería Química basado en la resolución de problemas.

6. Utilización de los módulos de aprendizaje anteriormente descritos en el aula.

7. Evaluación y difusión de resultados en congresos especializados en innovación docente: CIDIQ (I Congreso en Innovación Docente de Ingeniería Química) e INDOTEC (III Jornadas sobre Innovación docente y Adaptación al EEES en las Titulaciones Técnicas).

Contenidos desarrollados Las tareas principalmente desarrolladas en el Proyecto, con indicación de los responsables, han sido las siguientes:

1. Coordinación: Elaboración y planificación de las actividades del Proyecto, gestión de las agendas y contenidos de las reuniones de seguimiento del proyecto (Francisco Espínola Lozano).

2. Orientación pedagógico-didáctica: Participación en las reuniones

de seguimiento del proyecto y asesoramiento a los responsables de las asignaturas (Responsables de las asignaturas y María Jesús



Latorre Rodríguez). 3. Determinación del perfil del grupo de usuarios del programa:

Esta tarea se ha desarrollado principalmente en la asignatura de Tratamiento de Efluentes Gaseosos, lo cual nos ha permitido la indagación de ideas conceptuales previas y la identificación de contenidos que permitan organizar el currículo en apartados, además, nos ha permitido conocer en qué condiciones se encuentra el usuario con respecto a las TIC, es decir, su disponibilidad tecnológica, sus destrezas de uso y su capacitación en el uso de las tecnologías (Responsable de la asignatura y María Jesús Latorre Rodríguez).

4. Definir las características específicas de diseño de los módulos:

La selección de contenidos en cada asignatura, teniendo en cuenta tanto la necesidad de superar dificultades de aprendizaje como el grado de aplicabilidad en la práctica industrial, puesta en común de los contenidos seleccionados y contraste con las potencialidades de los programas de simulación se ha realizado en las asignaturas de Ingeniería Química, Tratamiento de Efluentes Gaseosos y Ciencia y Tecnología del Medio Ambiente (Responsables de las asignaturas).

5. Generar los módulos: Sólo se han generado dos módulos para las

asignaturas de Tratamiento de Efluentes Gaseosos e Ingeniería Química (Todos los miembros del equipo).

6. Ejecución: Aplicación en el aula de los módulos generados

(Responsables de las asignaturas)

7. Evaluación: Se ha tenido en cuenta tanto la evaluación de los aprendizajes como del programa utilizado, HYSYS, para tal fin se han elaborado pruebas y encuestas de opinión. (Todos los miembros del equipo).

8. Difusión de los resultados: Se han elaborado dos comunicaciones

para CIDIQ y una para INDOTEC.

Descripción global de la experiencia En reuniones mantenidas entre el responsable del proyecto, los responsables de las asignaturas y María Jesús Latorre (pedagoga) se han ido planificando las distintas actividades del Proyecto en cada una de las tareas previstas en el mismo, se ha realizado asimismo el seguimiento de la evolución del Proyecto, el análisis de los resultados parciales que se han ido obteniendo y


Secretariado de Innovación Docente y Formación del Profesorado la adopción de las medidas correctoras oportunas. En este sentido, la principal corrección adoptada respecto de la propuesta de proyecto inicial ha sido la eliminación de la asignatura Química Industrial I por quedar sin docencia en el curos 2011-2012, lo que hubiera hecho imposible la validación del módulo generado, por tanto, nos hemos centrado en las otras tres asignaturas aunque sólo se haya generado módulos de aprendizaje para dos de ellas. El responsable del proyecto también se ha encargado de motivar, liderar y dirigir a los participantes en su trabajo, asegurando la disponibilidad de los medios necesarios. También ha sido el encargado de gestionar las agendas y los contenidos de las reuniones de seguimiento mantenidas. La orientación pedagógica-didáctica ha sido desarrollada fundamentalmente por Maria Jesús Latorre y ha consistido en la propuesta de un modelo didáctico para la enseñanza basada en el constructivismo, como la postura dominante en la que se basa la conceptualización de los procesos de enseñanza-aprendizaje. No se puede decir que sea una teoría que tenga un enfoque unificado, ya que no concuerda con un solo modelo de aprendizaje, pero en general esta propuesta establece que la mayor parte de lo que entendemos y aprendemos es construido por el sujeto y que el conocimiento del mundo se hace a través de representaciones que el sujeto reestructura para su comprensión. Se ha hecho una indagación de ideas conceptuales previas e identificación de contenidos que permitan organizar el currículo en apartados, y conocer en qué condiciones se encuentran los estudiantes con respecto a las TIC, es decir, su disponibilidad tecnológica, sus destrezas de uso y su capacitación en el uso de las tecnologías. Esta tarea se ha realizado sólo en la asignatura de Tratamiento de Efluentes Gaseosos (Responsable de la asignatura y María Jesús Latorre Rodríguez). Mediante las correspondientes sesiones de trabajo de los participantes en cada una de las asignaturas se ha tratado de identificar las principales dificultades de aprendizaje de los estudiantes, según la experiencia docente de los participantes y el análisis de los resultados de las pruebas de evaluación efectuadas en los últimos años, de esta forma se ha seleccionado la operación básica idónea para el diseño del módulo correspondiente a la asignatura de Tratamiento de Efluentes Gaseosos y los problemas para la asignatura de Ingeniería Química. También se ha efectuado un análisis de las posibles potencialidades o dificultades del software comercial HYSYS para diseñar actividades en las operaciones unitarias contempladas. Este programa se ha elegido fundamentalmente porque la Universidad de Jaén pose varias licencias de uso.



Metodología empleada

(sesiones de trabajo, actividades, recursos didácticos, cronograma, etc) Para el desarrollo e implementación de los módulos de aprendizaje se ha seguido la propuesta metodológica descrita en la solicitud del Proyecto y que consta de cinco etapas:

1. Etapa preliminar, en la que se ha determinado el perfil del grupo de alumnos, desde tres ópticas. Por una parte los preconceptos, indagando sus ideas conceptuales previas, por otra, la comprensión del aprendizaje y la identificación de contenidos que permitan organizar el currículo en tópicos generativos para potenciar la comprensión, por último, conocer cuáles son las condiciones en que se encuentra el usuario con respecto a las TIC, es decir, su disponibilidad tecnológica, sus destrezas de uso y su capacitación en el uso de las tecnologías, ya que esto era determinante para el diseño de los módulos.

2. Etapa inicial, en la que han definido las características específicas de diseño que se utilizan dentro del modelo, considerando los siguientes elementos: el formato gráfico, las competencias curriculares, el contenido de enseñanza, los materiales y recursos de aprendizaje, los medios o soportes tecnológicos, los espacios de comunicación y los sistemas de evaluación.

3. Etapa de desarrollo, en la que se han generado los materiales, las actividades, la gestión y el mantenimiento del sistema y la evaluación.

4. Etapa de ejecución, durante la cual se han llevado a cabo el proceso de enseñanza y aprendizaje orientado a la consecución de los objetivos.

5. Etapa de evaluación, en la que se han tenido en cuenta tanto la evaluación de los aprendizajes como la evaluación del programa. La primera entendida como una forma de evaluación permanente y continua en todo el proceso de enseñanza y no como un punto final del mismo.

El principal recurso didáctico utilizado ha sido el simulador de procesos HYSYS Plant 2.2. (AspenTech), del cual la Universidad de Jaén dispone de licencias de uso. Este programa cuenta con un amplio conjunto de módulos para simular las operaciones unitarias, además de una amplia base de datos que permite el cálculo de propiedades termodinámicas y cinéticas de un elevado número de compuestos. Además, se han utilizado otras herramientas complementarias: Internet, hojas de cálculo, bases de datos, etc.



Resultados obtenidos (los materiales o documentos que se hayan producido en la experiencia deben

presentarse en forma de anexo) Como ya se ha avanzado en el apartado de “Descripción de la experiencia desarrollada”, los principales resultados son: 1.- En primer lugar, con las reuniones de trabajo, los profesores participantes han hecho un esfuerzo de puesta en común de las experiencias llevadas a cabo en las distintas asignaturas, intercambio de opiniones y propuestas de acciones concretas para el desarrollo del Proyecto. 2.- Se ha acordado utilizar la siguiente metodología en la utilización de los módulos de aprendizaje:

a. Presentarles a los estudiantes un problema a resolver organizándose en equipos de tres o cuatro personas.

b. Los estudiantes, trabajando en equipo, organizan sus ideas y el conocimiento previo relacionados con el problema y tratan de definir la naturaleza del mismo.

c. Mediante discusiones, los estudiantes generan preguntas sobre aspectos específicos del problema que no les han quedado claros. Los alumnos son animados por el profesor para que puedan definir lo que saben y reconocer lo que no saben o no recuerden.

d. Los estudiantes clasifican en orden de importancia las cuestiones a investigar y deciden de que manera serán investigadas por elementos separados del grupo para después ponerlas en común. El profesor y los estudiantes debaten acerca de los recursos necesarios para investigar las preguntas.

e. Utilización del simulador de procesos para que tengan la oportunidad de investigar y comprobar sus hipótesis.

De esta forma, se pretende fomentar el trabajo en equipo (aprendizaje cooperativo) para que, con la participación de todos los alumnos, ellos sean capaces de generar varias soluciones alternativas, decidir cuál o cuáles alternativas se trabajarán, realizar el trabajo para intentar resolver el problema y evaluar si se está sobre el camino correcto. Así, con la integración de estas metodologías de aprendizaje y el uso de una atractiva herramienta de simulación se pueden conseguir las cuatro condiciones del aprendizaje significativo: motivación, comprensión, participación y aplicación. 3.- Se han diseñado mecanismos de evaluación en tres partes, pre-test, para conocer la situación inicial de los estudiantes, test, para valoración del aprendizaje y post-test para comprobar la permanencia del aprendizaje y poder evaluar si ha sido significativo. Las pruebas, a falta de pulir y aplicar,


Secretariado de Innovación Docente y Formación del Profesorado se presentarán en el informe final. 4.- Se han definido las características específicas de diseño de los siguientes módulos

- Ingeniería Química: Problemas variados de balances de materia - Tratamiento de Efluentes Gaseosos: Absorción de gases - Ciencia y Tecnología del Medio Ambiente: Control de partículas

5.- Se ha generado el módulo “Columnas de absorción de gases” para la asignatura Tratamiento de Efluentes Gaseosos, y “problemas variados de balances de materia y energía” para la asignatura de Ingeniería Química. 6.- Se ha seleccionado el simulador de procesos HYSYS (AspenTech) como principal recurso didáctico, debido a que la Universidad de Jaén dispone de licencias de uso. Este programa cuenta con un amplio conjunto de módulos para simular las operaciones unitarias, además de una amplia base de datos que permite el cálculo de propiedades termodinámicas y cinéticas de un elevado número de compuestos. Se trata de un potente simulador profesional de uso general, no adaptado específicamente para el aprendizaje, labor que se pretende desarrollar en el presente Proyecto para el diseño de las distintas actividades de aprendizaje.

Proyección e Impacto

(transferencia de los resultados y mejoras en el aprendizaje demostrables)

La transferencia de los resultados se concreta en las dos comunicaciones presentadas en CIDIQ (I Congreso en Innovación Docente de Ingeniería Química) celebrado en Granada los días 26 y 27 de enero de 2012: ANEXO I: Introducción de HYSIS en actividades académicamente dirigidas de la asignatura de Ingeniería Química del Grado en Química (Comunicación en formato póster). ANEXO II: Adaptación de la asignatura Ingeniería Química al Grado en Química en la Universidad de Jaén (Comunicación en formato póster). Y una comunicación aceptada a INDOTEC 2012 (III Jornadas sobre Innovación docente y Adaptación al EEES en las Titulaciones Técnicas) que se celebrará en Granada los días 20 y 21 de septiembre de 2012: ANEXO III: Experiencia didáctica basada en el uso del simulador de procesos HYSYS (Comunicación oral).

Evaluación del proceso y Autoevaluación



(instrumentos y recursos empleados) Se ha realizado una autoevaluación cualitativa, por los profesores, de todo el proceso llevado a cabo en el Proyecto. Por una parte, somos conscientes de que no se han cubierto totalmente los objetivos propuestos, sin embargo, valoramos muy positivamente todo el proceso llevado a cabo y las dos experiencias llevadas desarrolladas en el aula, mediante la reflexión conjunta entre los participantes y el intercambio de opiniones sobre la efectividad del trabajo realizado. Por otra parte, en las comunicaciones presentadas se recoge la evaluación de las dos experiencias desarrolladas en el aula con alumnos de las asignaturas: Ingeniería Química y Tratamiento de Efluentes Gaseosos, con los problemas resueltos y simulaciones realizadas por los estudiantes. Así mismo, se han realizado encuesta de opinión a los alumnos sobre las nuevas herramientas de aprendizaje empleadas, cuyos resultados también se muestran en las comunicaciones.

Otras consideraciones

Ninguna

Gastos generados en el segundo año

Fungibles 123,75 euros

Inventariables

Viajes/Actividades 542,55 euros

Otros

Justificación

2 inscripciones a CIDIQ 2012… 350 euros Hotel Granada … 69,87 euros Impresión pósteres para CIDIQ 2012… 70,80 euros Dietas CIDIQ 2012 … 122,98 euros Cartuchos de tinta para impresora… 53,75 euros IMPORTANTE: Quedan pendientes los gastos para asistir a INDOTEC 2012 del 20 al 21 de septiembre de 2012



DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO

Nombre Cristóbal

Apellidos Cara Corpas

D.N.I. 26013059-J E-mail [email protected]

Centro EPS de Linares Teléfono 953648584

Departamento Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales

Asignatura impartida Química Industrial

Curso 2º


Firma


Nombre María Jesús

Apellidos Latorre Rodríguez

D.N.I. 24157389Y E-mail [email protected]

Centro IES Al-Fakar Teléfono 958209208

Departamento

Asignatura impartida

Curso

Categoría Profesora de Enseñanza Secundaria

Firma


Nombre Manuel

Apellidos Moya Vilar

D.N.I. 26454941L E-mail [email protected]


Departamento Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales Asignatura impartida Ingeniería Química

Curso 2º


Firma




Nombre Inmaculada

Apellidos Romero Pulido

D.N.I. 26001327B E-mail [email protected]


Departamento Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales Asignatura impartida Ciencia y Tecnología del Medio Ambiente

Curso 3º


Firma


Nombre Encarnación

Apellidos Ruiz Ramos

D.N.I. 26016628V E-mail [email protected]


Departamento Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales Asignatura impartida Tratamiento de Efluentes Gaseosos

Curso 4º


Firma

(Añadir tantas tablas como participantes en el Proyecto)

VºBº de Coordinador/a

Fdo.: Francisco Espínola Lozano

Jaén, a 24 de julio de 2012

VICERRECTOR DE DOCENCIA Y PROFESORADO DE LA UNIVERSIDAD DE JAÉN

Introducción de HYSIS en actividades académicamente dirigidas de la asignatura de Ingeniería Química del Grado en Química

F. Espínola1, M. Moya1, C. Cara1, I. Romero1, E. Ramos1 y Mª J. Latorre2

1 Dpto. Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales. Universidad de Jaén. Las Lagunillas s/n. 23071-Jaén. 2 IES Al-Fakar. Avenida García Lorca s/n. 18170-Alfacar. Granada.

OBJETIVO Ensayar una propuesta metodológica, a través de un simulador de procesos, que facilite el conocimiento y comprensión del funcionamiento de procesos y operaciones de la Industria Química, para asignaturas del área de Ingeniería Química que no tienen con objetivo en sí mismo el estudio de estos programas.

RESULTADOS Y DISCUSION

AGRADECIMIENTO Secretariado de Innovación Docente de la Universidad de Jaén por la concesión del proyecto de innovación docente PID271012.

Pregunta Media Desviación típica

1. La práctica de simulación con ordenador me ha resultado útil para comprender mejor algunos conceptos relacionados con la asignatura. 3,14 0,87

2. Las explicaciones del profesor han sido relevantes y útiles para la práctica. 3,64 0,77

3. Las instrucciones ofrecidas para el manejo del programa informático han sido claras, breves, precisas y concretas. 3,32 1,00

4. Me ha ayudado a adquirir un vocabulario básico de inglés relacionado con la asignatura 2,50 1,27

5. Me ha servido para conocer mejor lo que realmente se hace en la industria. 3,36 1,04

6. Se ha fomentado el aprendizaje autónomo. 3,18 1,04

7. He desarrollado competencias que me pueden ser útiles en mi futuro laboral. 3,11 1,21

8. En general, estoy satisfecho con lo aprendido en esta actividad y el grado de satisfacción ha sido bueno 3,46 0,82

9. Me ha servido para mejorar los esquemas previos a la resolución de problemas de la asignatura. 3,18 0,97

10. Me ha motivado para que me interese por la asignatura. 2,89 0,82

11. Recomendaría que se hiciera en otros cursos y asignaturas similares. 3,07 1,13

ENCUESTA DE OPINIÓN

CONCLUSIONES 1) Es factible utilizar el programa HYSIS en la asignatura de Ingeniería Química, pese a no

encontrarse entre sus objetivos el estudio del mismo.

2) Se necesita de un modelo teórico metodológico que perfeccione el proceso de enseñanza-aprendizaje en el uso del programa, proponiéndose el Constructivismo (Doménech, F. 1999).

3) Las principales ventajas observadas para los estudiantes radican en que el simulador les obliga a demostrar lo aprendido, comprobar sus hipótesis, enfrentarse a los resultados de forma parecida a como lo haría un profesional y autoevaluarse.

4) A los profesores les permite centrarse en objetivos concretos de la asignatura y contextualizarla, idear problemas y ejercicios didácticos más acordes con la realidad.

5) El simulador no reproduce exactamente la realidad, algunos aspectos de ésta no son simulables, ni podemos centrarnos exclusivamente en el mismo o evaluar el rendimiento estudiantil sólo con la simulación.

6) No son aplicaciones informáticas docentes sino programas profesionales orientados al diseño de instalaciones industriales y al cálculo de procesos y sistemas de interés industrial, por lo que no están orientados específicamente para el aprendizaje .

7) El inadecuado conocimiento de los programas es una de las limitaciones más importantes para la introducción de los simuladores en la docencia.

8) El uso del simulador no ha resultado un elemento especialmente motivador para la asignatura.

METODOLOGÍA DE TRABAJO Curso: 2011/2012 Asignatura y Titulación: Ingeniería Química del Grado en Química Número de alumnos: 28 (18 hombres y 10 mujeres) divididos en tres grupos Simulador de procesos: HYSYS.Plant 2.2

Metodología didáctica: - Introducción del simulador de procesos con guías orientadoras.

- Presentación de un problema a resolver en grupo para organizar las ideas y conocimientos previos.

- Mediante discusiones, generar preguntas sobre aspectos específicos del problema no comprendidos. Animar a los alumnos a definir lo que saben y reconocer lo que no saben o no recuerdan.

- Demostración práctica del profesor del uso del programa para resolver algunos problemas.

- Utilización independiente de HYSIS por parte de los alumnos para resolver problemas.

Evaluación: - Resultados académicos adquiridos por cada estudiante de forma individual.

- Valoración de los estudiantes de la experiencia mediante encuestas de opinión.

Figura: Ejemplo de resolución de un problema de balance de materia con reacción química, purga y recirculación.

RESULTADOS ACADÉMICOS Se les pidió a los alumnos que resolvieran al menos dos problema de clase con el simulador de procesos de forma individual

Dos problemas

bien

Un problema

bien

Ningún problema

bien

54 %

39 %

8 %

Referencia Doménech, F. (1999). El proceso de enseñanza/aprendizaje universitario. Castellón: Publicaciones de la Universitat Jaume I.

Dos problemas complejos

Un problema complejo

Ningún problema complejo

20 %

60 %

20 %

Adaptación de la asignatura Ingeniería Química al Grado en Química en la Universidad de Jaén

M. Moya1, F. Espínola1, MT. Ocaña2, C. Cara1, I. Romero1 y E. Ramos1

1 Dpto. Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales. Universidad de Jaén 2 Dpto. Didáctica de las Ciencias. Universidad de Jaén

MINISTERIO DE EDUCACIÓN, CULTURA Y DEPORTE (2003). Real Decreto 1125/2003, de 5 de septiembre, por el que se establece el sistema europeo de créditos y el sistema de calificaciones en las titulaciones universitarias de carácter oficial y validez en todo el territorio nacional. BOE número 224 de 18/9/2003 DECLARACIÓN DE BOLONIA. 1999 http://www.crue.org/export/sites/Crue/procbolonia/documentos/antecedentes/2._Declaracixn_de_Bolonia.pdf DOMÉNECH, F. (1999). El proceso de enseñanza/aprendizaje universitario. Publicaciones de la Universitat Jaume I. Castellón HANNAN, A. y SILVER, H. (2006). La innovación e la enseñanza superior. Enseñanza, aprendizaje y culturas institucionales. Narcea. Madrid.

El proceso de adaptación de las universidades españolas al Espacio Europeo de Educación Superior (E.E.E.S) ha culminado con la implantación y desarrollo de los nuevos Títulos de Grado. En el caso de la asignatura “Ingeniería Química” del Grado en Química de la Universidad de Jaén, se ha desarrollado una metodología adaptada al sistema European Credit Transfer System (E.C.T.S.), que facilita al alumno la adquisición de las competencias descritas en la guía de la materia y coherente con las demandas sociales de su profesionalización, proporcionándole las herramientas necesarias para aprender a trabajar de manera autónoma y potenciando un aprendizaje significativo y crítico. Dado que el E.C.T.S. auspiciado por la Declaración de Bolonia es una medida del haber académico, que representa la cantidad de trabajo que el estudiante necesita para alcanzar los objetivos del programa de estudio superando las materias que integran los planes de estudio conducentes a una titulación universitaria, su puesta en práctica implica una gran modificación en el reparto del tiempo dedicado a docencia presencial, trabajo individual del alumno, tutorías, etc. De acuerdo con estas directrices, la metodología docente desarrollada pretende suministrar a los alumnos, mediante un reducido número de clases magistrales, los conocimientos básicos que necesitan para, posteriormente y mediante actividades que potencian el trabajo autónomo del alumno -tales como la realización de problemas, las prácticas de laboratorio y ordenador y la realización de tutorías individuales y colectivas-, promover un cambio hacia estilos de aprendizaje más profundos, en los que se realicen procesos de relación de conceptos y/o síntesis y no solo de memorización de conceptos. Por último, se ha realizado una evaluación sumativa y continua que permita la retroalimentación del proceso.

I. Dado que en la universidad de Jaén las tutorías colectivas y los exámenes no se consideran “carga docente”, actualmente solo se computan 7 créditos de los 9 de la Memoria de Grado en Química, lo que ha obligado a una modificación para subsanar este problema.

II. Debido a que la materia se imparte en el 1er cuatrimestre de 2º curso, los alumnos no poseen los conocimientos mínimos de otras materias, como química o matemáticas, necesarios para comprender y trabajar sus contenidos.

III. Es una materia demasiado extensa para 9 créditos ECTS, por lo que no se puede dedicar el tiempo necesario a todos y a cada uno de sus contenidos.

IV. En la práctica, los alumnos deben dedicar un total de 15 horas de trabajo a la semana, demasiadas para que asimilen bien los contenidos y poder alcanzar las competencias pretendidas.

V. Por sus contenidos y por ser la única que habilita para el perfil industrial del Título de Grado en Química, esta asignatura, debería impartirse en el tercer curso del Grado, durante todo el curso académico y, según opinión de los alumnos, debería tener un mínimo de 6 créditos más.

DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA NOMBRE: Ingeniería Química

CÓDIGO: 10312017 CURSO ACADÉMICO: 2011/12

TIPO: OBLIGATORIA

Créditos ECTS: 9 CURSO: 2º CUATRIMESTRE: 1º

COMPETENCIAS B2 Capacidad de organización y planificación.

B6 Resolución de problemas.

B10 Capacidad de aprendizaje autónomo para el desarrollo continuo profesional.

B12 Compromiso ético.

Q6 Destreza en el manejo y procesado informático de datos e información química.

P5 Interpretación de datos procedentes de observaciones y medidas en el laboratorio en términos de su significación y de las teorías que la sustentan.

C17 Operaciones unitarias de Ingeniería Química.

C19 Capacidad para organizar, dirigir y ejecutar tareas del laboratorio químico y de producción en instalaciones industriales complejas donde se desarrollen procesos químicos.

RESULTADOS DE APRENDIZAJE Resultado 1 Construir e interpretar diagramas de flujo de procesos industriales

Resultado 2 Realizar balances de materia y energía

Resultado 3 Conocer las operaciones de separación

Resultado 4 Resolver balances de propiedad: transferencia de materia, cantidad de movimiento y calor

CONTENIDOS El temario de la asignatura consta de 8 temas que engloban desde conocimientos descriptivos básicos del Área de Conocimiento y de las Operaciones Unitarias, balances de materia y energía, transferencia de cantidad de movimiento, energía y materia; hasta el estudio de diferentes operaciones controladas por cada uno de los transportes, como flujo de fluidos, interacción fluido-partícula, aislamiento térmico, evaporadores, columnas de absorción, de rectificación y, finalmente, diseño de reactores químicos.

RESUMEN

BIBLIOGRAFÍA

METODOLOGÍA Y ACTIVIDADES

ACTIVIDADES HORAS

PRESENCIALES

HORAS TRABAJO

AUTÓNOMO

HORAS (total)

CRÉDITOS ECTS

COMPETENCIAS

Clases magistrales 25 37.5 62.5 2.5 C17, Q6

Seminario de problemas

30 45 75 3.0 B2, B10, Q6

Tutorías colectivas 14 21 35 1.4 B6, B10, Q6

Prácticas de laboratorio

9 13.5 22.5 0.9 C17, C19, P5

Prácticas de ordenador

6 9 15 0.6 P5, Q6

Examen 6 9 15 0.6 B6, B12

TOTALES: 90 135 225 9.0

La metodología de enseñanza/aprendizaje desarrollada, se basa fundamentalmente, en cuatro aspectos: suministrar unos conocimientos mínimos generales mediante clases magistrales, fomentar el trabajo autónomo del alumno, el trabajo en equipo y la puesta en común de los conocimientos adquiridos y, por último, evaluación del proceso.

SISTEMA DE EVALUACIÓN ASPECTO CRITERIOS INSTRUMENTO PESO

Conceptos de la Ingeniería Química aplicados a la resolución de problemas

- Dominio de los conocimientos teóricos de la materia, aplicados a la resolución de problemas. Se dejarán los apuntes de clase.

Examen escrito 70 %

Realización de prácticas de laboratorio de la materia y aprendizaje del cálculo numérico específico a usar en la signatura

- Dominio y organización de las tareas de laboratorio, recogida e interpretación de resultados. - Capacidad para trabajar en grupo. - Destreza en el uso de ordenadores y en el cálculo numérico.

Evaluación de las prácticas de laboratorio y de ordenador

15 %

Realización de problemas por grupos, recogida y exposición en clase

- Organización de las ideas. Presentación oral y escrita de los problemas. - Capacidad para trabajar en grupo.

Evaluación continua de las AAD

15 %

CONCLUSIONES

El cambio metodológico que subyace a esta reducción de la presencialidad, mediante la potenciación del trabajo autónomo del alumno y la búsqueda de un aprendizaje significativo, requiere además de un cambio en la concepción de la evaluación, que nos permita conocer de manera fidedigna el grado de adquisición de las competencias por parte de los alumnos. Para ello, es necesario entender la evaluación como un proceso capaz de generar una actividad de aprendizaje apropiada y retroalimentado.

aprendizaje

Reunión de evidencias

Control y revisión

Evaluación continua

Feed-back

Evaluación final

PLAN DE ACCIÓN

PROCESO EVALUATIVO

http://www.crue.org/export/sites/Crue/procbolonia/documentos/antecedentes/2._Declaracixn_de_Bolonia.pdf�

Experiencia didáctica basada en el uso del simulador de procesos HYSYS

Didactic experience based on the use of HYSYS process simulator

Espínola Lozano, Francisco (1); Moya Vilar, Manuel (1); Cara Corpas, Cristobal (1); Romero Pulido, Inmaculada (1); Ruiz Ramos, Encarnación (1); Latorre Rodriguez, Mª Jesús (2)

(1) Dpto. Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales. Universidad de Jaén. {fespino, mmoya, ccara, iromero, eruiz}@ujaen.es

(2) IES Al-Fakar. [email protected]

Resumen Los programas informáticos prometen mejorar las técnicas de enseñanza-aprendizaje, sin embargo, los simuladores de procesos no están orientados específicamente para el aprendizaje. Teniendo esto en cuenta, se ha llevado a cabo una experiencia didáctica de aplicación del simulador HYSYS en la asignatura de Tratamiento de Efluentes Gaseosos del área de Ingeniería Química utilizando un modelo de enseñanza-aprendizaje basado en el constructivismo. Palabras clave: Simuladores de procesos, HYSYS, Ingeniería Química, Innovación docente. Abstract The software techniques promise to improve teaching and learning, however, process simulators are not geared specifically for learning. With this in mind, we have carried out a learning experience for the application of HYSYS simulator in the subject of Gaseous Effluent Treatment Chemical Engineering area using a model of teaching and learning based on constructivism. Keywords: Process simulators, HYSYS, Chemical Engineering, Teaching innovation. I. Introducción Una competencia específica que aparece de forma recurrente en asignaturas propias del área de Ingeniería Química es: “Capacidad para conocer y comprender el funcionamiento de operaciones unitarias de la industria e Ingeniería Ambiental: destilación, absorción, extracción, evaporación, sedimentación, filtración, etc.”. Pero nuestra experiencia nos demuestra que los estudiantes tienen serias dificultades para asimilar ciertos conceptos y aplicar la teoría al funcionamiento de dichas operaciones unitarias. Los programas informáticos prometen un extraordinario potencial para mejorar las técnicas de enseñanza-aprendizaje. En este sentido, los simuladores de procesos comerciales disponibles en Ingeniería Química pueden ayudar a que los alumnos adquieran las habilidades y destrezas previstas, permitiendo la contextualización (aprendizaje significativo), al trabajar en un entorno similar al de la industria. También permiten una aplicación práctica de los conocimientos teóricos adquiridos. En pocas palabras, las principales ventajas del uso de simuladores en la enseñanza radican en que:

a) Permiten la contextualización de la enseñanza. La idea es que si se enseña en el contexto del mundo real el aprendizaje resulta más significativo.

b) Permiten diseñar y manipular equipos y procesos complejos de resolver, de forma económica, que difícilmente se llevarían a la realidad.

c) Ayudan a extraer parte del conocimiento que subyace en un determinado proceso, simplificándolo o idealizando su estudio para facilitar su compresión.

d) Permiten dirigir la atención a la fenomenología del proceso y no al cálculo mismo, lo que le evita al estudiante los cálculos numéricos y le permite concentrarse en aspectos más conceptuales. Este fenómeno es de tal alcance que ya se habla de un cambio en el paradigma de realizar los cálculos en la actividad docente de la Ingeniería Química.

e) Ofrecen la posibilidad de verificar cualitativa y cuantitativamente hipótesis y cálculos realizados en papel, lo que refuerza el aprendizaje autónomo mediante la independencia cognoscitiva.

f) Permite el análisis de sistemas multicomponentes. Últimamente se reconoce que el estudio sistemático y complejo de las operaciones básicas y de los procesos químico-industriales con una proyección profesional no pueden afrontarse sin la utilización de herramientas computacionales adecuadas.

Pero, si bien los programas informáticos prometen un gran potencial, esto es así sólo si se utilizan de forma apropiada, lo cual requiere un cambio en la metodología docente a utilizar. Además, en el caso de los programas de simulación de procesos nos encontramos con que no están orientados específicamente para el aprendizaje y no incorporan modelos psicopedagógicos que tengan como centro de atención al estudiante (MARTIN y ESPÍNOLA, 2003), son paquetes de programas profesionales orientados al diseño de instalaciones industriales y al cálculo de procesos y sistemas de interés industrial (FERRO et al., 2006). Teniendo en cuenta lo indicado anteriormente, se ha llevado a cabo una experiencia de aplicación del simulador de procesos HYSYS en una asignatura del área de Ingeniería Química que no tiene como objetivo el aprendizaje de un simulador de procesos. Hemos tenido como centros de referencia pedagógicos modelos de procesos de enseñanza-aprendizaje basados en el paradigma constructivista (NOVAK, 1988), que ha tenido en las teorías de Bruner (aprendizaje por descubrimiento) y Ausubel (aprendizaje significativo) a dos importantes precursores. La postura constructivista del aprendizaje sostiene que toda actividad mental es constructiva: el alumno adquiere el nuevo conocimiento a través de un proceso activo de asimilación y acomodación, donde tanto lo nuevo como lo ya existente se transforma a medida que el alumno construye esquemas de comprensión más inclusivos (DOMÉNECH, 1999). II. Objetivo Introducir de forma extensiva y sistemática el uso de los simuladores de procesos en la enseñanza de asignaturas de Ingeniería Química que no tienen como objetivo en sí mismo el estudio de estos programas, profundizando en la adquisición y desarrollo de competencias específicas y genéricas relacionadas con importantes operaciones de separación basadas en la transferencia de materia. III. Metodología de trabajo La experiencia didáctica que aquí se expone ha sido desarrollada durante el curso 2011/2012 en la asignatura de Tratamiento de Efluentes Gaseosos de la titulación del Ciencias Ambientales de la Universidad de Jaén, para un total de 23 alumnos, y se han teniendo en cuenta: la adecuación didáctica del uso del simulador respecto a las características de la asignatura, objetivo de esta experiencia educativa, y el nivel académico y formativo de los estudiantes a través de indicaciones metodológicas breves, claras y concisas. Se han realizado cuatro sesiones de dos horas de duración cada una, dos para la introducción del programa y uso de la base de datos de HYSYS, otra para la simulación de una columna de absorción de gases y, finalmente, la última para evaluar los resultados académicos y la opinión de los alumnos. La metodología didáctica empleada se puede resumir en los siguientes apartados:

a) Breve introducción del simulador de procesos con guías orientadoras. b) Presentación de ejercicios o problemas a resolver en grupos de tres o cuatro alumnos para organizar

sus ideas y conocimientos previos y tratar definir la naturaleza de los mismos. c) Mediante discusiones, generar preguntas sobre aspectos específicos de los ejercicios o problemas no

comprendidos, animando a los alumnos a definir lo que saben y reconocer lo que no saben o no recuerdan.

d) Demostración práctica del profesor para resolver los ejercicios o problemas anteriores utilizando el programa de simulación.

e) Utilización del programa por parte de los alumnos. No obstante, para su empleo, además de la presentación y explicaciones previas, se han elaborado instrumentos especiales: guías orientadoras para estudiantes y metodológicas para profesores de la simulación principal. En la Figura 1 se muestra el diagrama de HYSYS para una columna de absorción de gases con un lazo de control y tabla con las composiciones de las corrientes de entrada y salida

La experiencia ha concluido con la evaluación de los resultados académicos alcanzados por cada estudiante de forma individual y la valoración de los estudiantes de la experiencia mediante una encuesta de valoración.

Figura 1: Diagrama de HYSYS para una columna de absorción de gases

IV. Resultados y discusión En la evaluación de la experiencia se han tenido en cuenta:

a) Los resultados asociados a la adquisición de las competencias propias de la asignatura, que están directamente relacionados con las simulaciones realizadas individualmente por los alumnos.

b) Resultados relacionados con destrezas transversales dirigidas hacia el fomento del uso de programas informáticos, evaluables mediante las encuestas de opinión practicadas a los alumnos.

IV.1 Resultados docentes En la última sesión se les pidió a los alumnos que resolvieran individualmente dos problemas de absorción de gases con diferentes enunciados utilizando el programa, los resultados se muestran en la Figura 2, donde se observa que un alto porcentaje de alumnos que realizaron con éxito dos simulaciones.

Figura 2. Resultados académicos

IV.2 Opinión de los estudiantes En la Tabla 1 se muestran los resultados de la encuesta de opinión realizada a los alumnos para conocer, entre otras cosas, el grado de motivación y satisfacción relacionado con la experiencia.

Dos simulaciones

bien

Una simulación

bien

Ninguna simulación

bien

61%

30%

9%

Tabla 1. Resultados obtenidos en la encuesta de opinión realizada a los alumnos Pregunta Media Desviación

típica 1. La práctica de simulación con ordenador me ha resultado útil para

comprender mejor algunos conceptos relacionados con la absorción de

3,70 0,95

2. Las explicaciones del profesor han sido relevantes y útiles para la práctica. 3,22 1,02

3. Las instrucciones ofrecidas para el manejo del programa informático han sido claras, breves, precisas y concretas. 3,57 1,14

4. Me ha ayudado a adquirir un vocabulario básico de inglés relacionado con el tema. 2,78 1,35

5. Me ha servido para conocer mejor lo que realmente se hace en la industria. 3,91 0,65

6. He desarrollado competencias que me pueden ser útiles en mi futuro laboral. 3,48 1,14

7. En general, estoy satisfecho con lo aprendido en esta actividad y el grado de satisfacción ha sido bueno. 3,74 1,03

8. Me ha motivado para que me interese por la asignatura. 3,65 0,91

9. Recomendaría que se hiciera en otros cursos y asignaturas similares. 3,74 0,85

1. Completamente en desacuerdo. 2. Más bien en desacuerdo. 3. Ni de acuerdo ni en desacuerdo. 4. Más bien de acuerdo. 5. Completamente de acuerdo.

En general, la opinión de los alumnos es favorable, ya que valoran con un 3,74/5 “En general, estoy satisfecho con lo aprendido en esta actividad y el grado de satisfacción ha sido bueno” y con la misma puntuación “Recomendaría que se hiciera en otros cursos y asignaturas similares”. Sin embargo, respecto a “Me ha ayudado a adquirir un vocabulario básico de inglés relacionado con el tema”, el valor asignado de 2,78/5 indica que no les aporta mejora en cuanto a su formación; y el valor 3,65/5 en la pregunta “Me ha motivado para que me interese por la asignatura” tampoco refleja una especial motivación. V. Conclusiones En el contexto de implantación de una nueva organización del sistema de educación superior basado en los créditos ECTS, las estrategias constructivistas basadas en la resolución de problemas y los estudios de casos, así como el fomento del aprendizaje autónomo, el uso de simuladores de procesos, dada su capacidad de contextualización, pueden ser muy útiles para el desarrollo de competencias especializadas en procesos industriales. En este sentido, la experiencia llevada a cabo para introducir los simuladores en una asignatura que no tiene como objetivo el aprendizaje de los mismos propiamente dicho nos ha llevado a las siguientes conclusiones y reflexiones. 1) Es factible utilizar el programa HYSIS en la asignatura de Tratamiento de Efluentes Gaseosos. 2) Se necesita un modelo teórico metodológico que perfeccione el proceso de enseñanza-aprendizaje con el uso del programa, proponiéndose el Constructivismo. 3) Las principales ventajas observadas para los estudiantes radican en que el simulador les obliga a demostrar lo aprendido, comprobar sus hipótesis, enfrentarse a los resultados de forma parecida a como lo haría un profesional y autoevaluarse. 4) A los profesores les permite centrarse en objetivos concretos de la asignatura y contextualizarla, e idear problemas y ejercicios didácticos más acordes con la realidad. No obstante, la introducción de simuladores en la actividad docente es compleja, nosotros hemos comprobado que:

El simulador no reproduce exactamente la realidad, algunos aspectos de ésta no son simulables, ni podemos centrarnos exclusivamente en el mismo o evaluar el rendimiento estudiantil sólo con la simulación.

No son aplicaciones informáticas docentes sino programas profesionales orientados al diseño de instalaciones industriales y al cálculo de procesos y sistemas de interés industrial, por lo que no están orientados específicamente para su uso en educación.

El inadecuado conocimiento de los programas es una de las limitaciones más importantes para la introducción de los simuladores en la docencia.

El uso del simulador no ha resultado un elemento especialmente motivador para la asignatura. Agradecimiento Secretariado de Innovación Docente y Formación del Profesorado, Universidad de Jaén, por la concesión del proyecto “Desarrollo e implementación de módulos de aprendizaje para Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente basados en simuladores de procesos e Internet”. PID271012. Referencias bibliográficas DOMÉNECH, F. (1999). El proceso de enseñanza/aprendizaje universitario. Castellón: Publicaciones de la

Universitat Jaume I. FERRO, V. R.; GÓMEZ, J. O.; PALOMAR, J. F.; GÓMEZ, L. M. (2006). Estrategia didáctica tipo ECTS

basada en el uso de simuladores de proceso en la titulación de Ingeniero Técnico Industrial, especialidad en Química Industrial. CUIEET 2006.

MARTIN, J. A.; ESPÍNOLA, F. (2003). Diseño, uso y evaluación de software educativo en el área de ciencia y tecnología. En: L. Sabaz (Ed.), New methods of teaching physics: materials and experiences (pp. 121-153). Koper: DMFA.

NOVAK, J. D. (1988). Constructivismo humano: un consenso emergente. Enseñanza de las Ciencias, 6:213-223.

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