Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica

789 Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica Nicolás Aranda Pérez Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica Improvement Cycle in Classroom in the Subject of Thermodynamics Nicolás Aranda Pérez ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1243-7317 Universidad de Sevilla Departamento de Ingeniería Energética [email protected] DOI: http://dx.doi.org/10.12795/9788447227631.055 Pp.: 789-802 790 791 Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica Nicolás Aranda Pérez Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Resumen Este capítulo se centra en la descripción del diseño, implementación y evaluación de un Ciclo de Mejora en el Aula en la asignatura de segundo curso de Ingeniería Química Termodinámica donde se analiza tanto el modelo metodológico, como el mapa de contenidos y la secuencia detallada de actividades, así como el cuestionario inicial y final como parte del proceso de diseño y aplicación del ciclo en ocho horas de clase y terminando con la evaluación del mismo. Palabras clave: Termodinámica, ingeniería química, ingeniería energética, innovación docente, Ciclo de Mejora en Aula, docencia universitaria. Abstract This chapter focuses on the description of the design, implementation and evaluation of a Classroom Improvement Cycle in the second-year subject of Thermodynamics, degree of Chemical Engineering, where both the methodological model, content map and detailed sequence of activities are carried out. as well as the initial and final questionnaire as part of the design process, continuing with the implementation of the subject in eight class hours and ending with its evaluation. Keywords: Thermodynamics, chemical engineering, energy engineering, teaching innovation, Classroom Improvement Cycle, university teaching. 791 Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica Nicolás Aranda Pérez Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Introducción Este Ciclo de Mejora en el Aula (CIMA) se ha llevado a cabo en la asignatura obligatoria de segundo curso de Ingeniería Química en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla donde participan en clase una media de entre 40-50 alumnos y en un aula dotada con pizarra convencional y proyector. Los estudiantes es la primera vez que participan en un CIMA en clase. Diseño previo del CIMA Para llevar a cabo el diseño previo del CIMA se siguieron una serie pasos de manera cronológica, orientados por una visión pedagógica y eficiente para el tiempo estimado de duración de 8 horas lectivas. En la tabla 1 se indican los pasos llevados a cabo. Tabla 1. Diseño del CIMA Nº Actividad Descripción 1 Mapa de contenidos Se analiza la parte de los contenidos que se van a abordar en el CIMA. 2 Modelo Metodológico Se propone un modelo metodológico acorde a lo aprendido en la formación. 3 Secuencia de actividades Se detallan las actividades y tiempos que requerirán. 4 Cuestionario a los estudiantes Se analiza el conocimiento inicial de los alumnos previo a la impartición del ciclo de mejora. 5Cuestionario final y escalera de aprendizaje Se realiza un cuestionario final para ver el impacto que ha tenido el CIMA e identificar la escalera de aprendizaje y los mayores obstáculos para futuras mejoras. Mapas de contenidos y problemas claves A continuación, en la figura 1, se representa el diagrama del mapa de contenidos y problemas propuesto para el ciclo de mejora. 792 793 Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica Nicolás Aranda Pérez Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Figura 1. Mapa de contenidos y problemas claves. En el mapa de contenidos se incluye una pregunta principal que se subdivide en cuatro subcuestiones vertebradoras e interrelacionadas. En fondo verde y cuadro azul se han descrito los conocimientos conceptuales, mientras que en anaranjado aparecen los conocimientos procedimentales. En violeta, aparecen los valores y actitudes, donde se invita a valorar a los estudiantes sobre disciplinas que hacen de nexo entre bloques. Por último, en los cuadros azules se describe la parte de la asignatura que da respuesta a las cuestiones planteadas, así como en verde degradado y rojo degradado conocimientos procedimentales para llevar a cabo resolución de problemas y aplicaciones al mundo profesional. Con ello se busca hacer más participativo el proceso de aprendizaje, así como enseñar al novel, aportándole los andamiajes necesarios (dentro de su ZDP) (Porlán y otros, 2020) para que construya por sí mismo el mejor conocimiento posible a través de un aprendizaje profundo. Por otra parte, también se pretende implicar el conocimiento práctico y su utilidad en el proceso, de cara a promover una formación ingenieril más integral y aplicada al futuro profesional, sin perder el rigor académico. 793 Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica Nicolás Aranda Pérez Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Modelo metodológico y secuencias de actividades El modelo metodológico se basa en la resolución de un problema, subdividido en problemas específicos, donde se combinan las ideas de los alumnos con el desarrollo guiado de actividades de contraste, llegando a una síntesis final que recoja lo aprendido. Se establece una estrecha relación entre las ideas de los alumnos y las actividades de contraste, basada en la retroalimentación que aporta el profesor con intervenciones puntuales, dosificadas y centradas en dar respuesta a las necesidades de los alumnos. Por último, el problema general permite ver la materia de manera integral, pero su abordaje se fracciona en aspectos específicos articulados y relacionados entre sí a través del mapa de contenidos. PG: Problema General PE: Problema Específico IA: Ideas de los Alumnos AC: Actividades de Contraste S: Síntesis Figura 2. Modelo metodológico. El modelo metodológico, junto con el mapa de contenidos, han servido para diseñar una secuencia de actividades de manera detallada para optimizar la eficiencia durante la aplicación del CIMA (tabla 2). 794 795 Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica Nicolás Aranda Pérez Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Tabla 2. Secuencia de actividades Actividad Descripción T Sesión 1: PROBLEMA GENERAL: ¿Qué son los sistemas compuestos y cómo se analizan desde la Termodinámica? Problema Se plantea la cuestión general a los alumnos relacionándola con la parte anterior de la asignatura y con el proceso de aprendizaje. 15’ Ideas de los alumnos Responden desde su conocimiento a la pregunta sobre los sistemas compuestos, en grupos y de forma escrita. A continuación, se proponen ejemplos de distintos tipos de sistemas. Nos referimos aquí a las preguntas 1 y 2 del cuestionario. 50’ Sesión 2: PROBLEMAS ESPECIFICO 1 y 2: ¿Cómo es la dinámica de los sistemas compuestos? ¿Cuál es el elemento vertebrador? Actividad de contraste Mediante el uso de ejemplos y contra-ejemplos se irá determinando el grado de comprensión de los sistemas complejos y la importancia. de los principios y cómo estos pueden seguir siendo efectivos mediante el concepto de magnitud molar parcial y la regla de la aditividad. En este diálogo, se tendrán en cuenta las conclusiones de la actividad anterior, en que han trabajado ellos solos, sus errores, limitaciones, obstáculos, etc. 60’ Síntesis Se llevará a cabo una síntesis de las herramientas y elementos aprendidos. Es importante que los estudiantes tengan un tiempo para recuperar sus conclusiones escritas de la IA inicial, las reelaboren después de la AC, hagan su propia síntesis y la comparen con la del profesor. Apoyo: Transparencias de clase. 15’ Sesión 3: PROBLEMA ESPECÍFICO 3 y 4: ¿Cómo puede generalizarse su aplicación? ¿Cuál es la metodología de resolución? Problema Se propone un problema práctico de un caso de sistemas compuestos, compartiendo con los alumnos el enunciado 35’ Ideas alumnos Se apoyará la resolución del problema en la contribución de los alumnos basados en sus conocimientos previos y en los nuevos conocimientos transmitidos en la primera parte, utilizando la pizarra. Se trabajará en base a las respuestas al cuestionario sobre las preguntas referidas a este apartado. 30’ Actividad de contraste Se irá realizando el análisis del caso específico y la metodología de resolución utilizando la pizarra. Consistirá en un diálogo que tenga en cuenta las conclusiones de la actividad anterior, en que han trabajado ellos solos, sus errores, limitaciones, obstáculos, etc. 60’ Síntesis Resumen de las cuestiones aprendidas, habilidades adquiridas y reflexión general. En la síntesis es importante que los estudiantes tengan un tiempo para recuperar sus conclusiones escritas de la IA, la reelaboren después de la AC y hagan su propia síntesis y la comparen con la del profesor. 15’ Cuestionario final Se pasará a los alumnos un cuestionario final de evaluación del aprendizaje 30’ Reflexión final Retroalimentación y opiniones de los alumnos sobre la experiencia y sus posibles mejoras. 10’ 795 Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica Nicolás Aranda Pérez Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Cuestionario inicial-final A continuación, se muestra el cuestionario inicial y final utilizado para conocer la situación de partida de los alumnos, así como los resultados de su aprendizaje. ¿Qué son los sistemas compuestos y cómo se analizan desde un punto de vista termodinámico? El presente formulario forma parte de un ciclo de mejora en el aula con fines de mejora del aprendizaje del alumnado y, por tanto, no se calificará. El objetivo es conocer de manera anónima tus conocimientos iniciales y poder compararlos tras la realización del ciclo de mejora con los finales. Tómate el tiempo necesario y no olvides utilizar solamente tus propias ideas sin recurrir a fuentes externas. Contexto: Eres un ingeniero químico recientemente incorporado al mundo laboral en una conocida Ingeniería Energética a nivel internacional y le piden a tu departamento de proyectos analizar el potencial de una nueva tecnología de almacenamiento, formada por una mezcla de sales para evaluar su capacidad de almacenamiento térmico, eficiencia, coste y durabilidad, así como fiabilidad y seguridad del sistema. 1. La mezcla mencionada, ¿es un sistema simple o compuesto? Arguméntalo con tus palabras. 2. ¿Cómo se puede diferenciar un tipo de sistema del otro? 3. Indica algunos tipos de sistemas compuestos. 4. Desde tu punto de vista, ¿se podrían utilizar los principios de la termodinámica para analizar el potencial de la nueva tecnología descrita? ¿Por qué? 5. ¿Existe alguna forma matemática que permita aglutinar varios elementos de manera sistemática? 6. ¿Qué metodología aplicaríamos a la resolución del problema planteado? 7. Pon otros ejemplos en la industria donde tendrían valor los conocimientos de termodinámica. 8. En el ámbito de la ingeniería, ¿qué campos piensas que tienen más potencial y que usen los conocimientos de Termodinámica? Aplicación del CIMA La aplicación del CIMA ha transcurrido conforme estaba planificada, si bien, al ser un grupo numeroso, ha sido necesario ajustar el tiempo dedicado a cada actividad. La evaluación ha contribuido a una mejor comprensión de los obstáculos de aprendizaje de los estudiantes, así como a que hayan sido más protagonistas del proceso. Por último, los estudiantes 796 797 Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica Nicolás Aranda Pérez Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) han manifestado su preferencia hacia esta metodología siendo conscientes de las limitaciones debidas al amplio contenido de la asignatura. De tal forma, que el CIMA ha estado a medio camino entre la impartición de contenidos, sin dejar de fomentar la proactividad, y una visión donde se deje traslucir la aplicación al ámbito profesional. Relato resumido de las sesiones La clase es numerosa (sobre 45 alumnos), esto hace que la aplicación del CIMA necesite una logística muy elaborada. Se explican con claridad los problemas a estudiar y se forman los grupos de trabajo. Durante el trabajo grupal, el docente se acerca a los grupos que se lo solicitan e interacciona sobre los problemas planteados. Se ve la participación mayoritaria e interesada de unos grupos y el menor interés de otros. Después del trabajo grupal hay participación de cada uno de ellos y el docente complementa con ejemplos hasta tratar de llegar a la solución de los problemas. Evaluación del aprendizaje de los estudiantes La evaluación del aprendizaje de los estudiantes se ha llevado a cabo comparando los resultados del cuestionario inicial y final en forma de escaleras de aprendizaje (ver figuras 3 a 10). Figura 3. Escalera de aprendizaje de la cuestión 1. 797 Ciclo de Mejora en el Aula en la Asignatura de Termodinámica Nicolás Aranda Pérez Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Figura 4. Escalera de aprendizaje de la cuestión 2. Figura 5. Escalera de aprendizaje de la cuestión 3.