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Diseño e implementación de un laboratorio virtual para el estudio de "Defectos puntuales en cristales iónicos"

Abstract

El programa: Diseño e implementación de un laboratorio virtual para el estudio de "Defectos puntuales en cristales iónicos" enseña de forma interactiva las reglas de balance necesarias para escribir las ecuaciones de defectos en los cristales iónicos, usando la notación de Kröger-Vink para los defectos puntuales.

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Diseño e implementación de un laboratorio virtual para el estudio de "Defectos puntuales en cristales iónicos"

Author: Ortega Villafuerte, Yanicet; Carmona Tejero, Noemí; de Diego Otero, Nieves; Rodríguez De La Fuente, Óscar
Year: 2017
Source: https://docta.ucm.es/bitstreams/2cfb8fef-87d7-4ab9-9ac5-f0afe6a15d21/download
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P oyec o de Inno ación y Mejo a de la Calidad Docen e
Con oca o ia 2015
Nº de p oyec o:225
Tí ulo del p oyec o: Diseño e implemen ación de un labo a o io i ual pa a el
es udio de "De ec os pun uales en c is ales iónicos"
Yanice O ega Villa ue e
Facul ad de Ciencias Físicas
Depa amen o de Física de Ma e iales
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1. Obje i os p opues os en la p esen ación del p oyec o
El obje i o p incipal p opues o en es e p oyec o es diseña e implemen a un
labo a o io i ual que pe mi a comple a de o ma cohe en e las p ác icas de
labo a o io que ac ualmen e se ealizan en la asigna u a de Ma e iales Ce ámicos
del segundo cu so del g ado en Ingenie ía de Ma e iales. De es a o ma, median e
la ealización de es e p oyec o, el nue o so wa e c eado pe mi i á eemplaza la
p ác ica en o ma o digi al que ealizan ac ualmen e los es udian es, po una
nue a, en la que se incluye una desc ipción más comple a de los de ec os
pun uales que pueden exis i en los c is ales iónicos, eniendo en cuen a su ca ga.
Pa a lle a a cabo es e obje i o nos p opusimos desa olla un p og ama
in e ac i o que incluya odas las cues iones eó icas elacionadas con la no ación
de los de ec os pun uales en las sub edes ca iónicas y aniónicas de los c is ales
iónicos. De es a o ma explica íamos en qué consis e la no ación de K öge -Vink y
las eglas de balance que se deben cumpli pa a esc ibi las ecuaciones de
de ec os en los ma e iales ce ámicos.
Po o a pa e, con el obje i o de es ablece un mecanismo de au oe aluación po
pa e del es udian e, sob e su p og eso en el p oceso de adquisición de los
conocimien os du an e la sesión de labo a o io, nos plan eamos inco po a al
p og ama p egun as de au oe aluación en los dis in os submenus del so wa e.
Median e es as p egun as de au oe aluación, el p og ama de ec a las espues as
co ec as e inco ec as, lo que pe mi e al es udian e co egi sus e o es de o ma
au omá ica.
O o de los obje i os de la p ác ica es agiliza el p oceso de c eación y en ío del
in o me de la p ác ica de labo a o io al p o eso esponsable del labo a o io.
Finalmen e se elabo a á un guión de la p ác ica de labo a o io que pe mi a conoce
el uncionamien o del p og ama y que de o ma independien e pe mi a al
es udian e ealiza la p ác ica de labo a o io po enciando de es a o ma el abajo
au ónomo del es udian e.
2. Obje i os alcanzados
Con es e p oyec o se log ó diseña una nue a p ác ica de labo a o io que se
ealiza median e o denado , y que enseña median e di e sos ejemplos la no ación
de K öge -Vink que se u iliza pa a desc ibi los de ec os pun uales en c is ales
iónicos. Es a p ác ica en o ma o digi al pe mi e supli las ca encias que iene el
so wa e an e io empleado en dicha sesión de labo a o io, que es aba o ien ado a
desc ibi los de ec os pun uales sin ene en cuen a la ca ga de los mismos. En el
p og ama an e io las p egun as del in o me de labo a o io es aban elacionadas
con los de ec os pun uales p esen es en ma e iales me álicos, po lo que no se
hacía mención alguna a los de ec os ca gados, y consecuen emen e no se enía
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en cuen a la no ación de K öge -Vink pa a desc ibi los de ec os en ma e iales
ce ámicos.
En el ma co de es e p oyec o hemos enseñado la no ación de K öge -Vink
median e un so wa e in e ac i o, que le pe mi e al es udian e de o ma simul ánea
conoce como se esc ibe dicha no ación pa a los dis in os ipos de de ec os, y
obse a median e una ep esen ación bidimensional de la es uc u a c is alina de
la que se a a, el ipo de de ec o al que co esponde dicha no ación. Es a
isualización simul ánea de la no ación y del de ec o en o ma de imagen pe mi e
una mejo comp esión del uso de dicha no ación.
O o de los obje i os alcanzados con el p og ama c eado es que el mismo si e
como he amien a de au oap endizaje, ya que las secciones de “P egun as de
au oe aluación” le pe mi en al es udian e de o ma independien e au oe alua las
espues as a las dis in as p egun as o muladas. Es o le pe mi e al es udian e
conoce el ni el de comp ensión de los conocimien os que a adqui iendo a
medida que a a anzando en los dis in os apa ados de la p ác ica de labo a o io.
Es as p egun as de au oe aluación se ealizan, po egla gene al, de o ma p e ia
a las p egun as que deben esponde los alumnos pa a con ecciona el in o me de
la p ác ica. Además el ni el de complejidad de las p egun as de au oe aluación es
simila a las p egun as del in o me de la p ác ica.
O o de los obje i os alcanzado con es e p oyec o es dinamiza la elabo ación del
in o me de la p ác ica de labo a o io, ya que du an e la ealización de la misma se
a almacenando en un iche o de ex o las espues as a las p egun as del in o me.
Es a o ma de edac a el in o me agiliza la en ega del in o me, ya que en el
momen o en que se inaliza la p ác ica median e el bo ón de en ia se en ía al
co eo elec ónico del p o eso de labo a o io el in o me de la p ác ica en o ma o
pd . Con es e mecanismo se debe dinamiza ambién po pa e del p o eso la
e isión del in o me.
O o de los obje i os alcanzados al inaliza es e p oyec o es la elabo ación de un
guión de labo a o io que le acili a al es udian e desa olla de o ma independien e
la sesión de labo a o io.
3. Me odología empleada en el p oyec o
La he amien a in o má ica elegida pa a la elabo ación de es e p oyec o ue el
so wa e “Mic oso Visual S udio 2008” con el compilado de “Visual Basic 2008”
ins alado (Figu a 1).
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Figu a 1
. He amien a in o má ica empleada pa a la elabo ación del p og ama.
Pa a plani ica la ejecución de es e p oyec o se ealizó p e iamen e un diseño
gene al de odas las en anas (“ o ms”) que se incluyen en el p og ama, así como
de su con enido. Es a plani icación dio luga a una ba a p incipal del p og ama
que quedó con o mada po 3 menús p incipales (I. Concep os, II. Ejemplos y III.
Casos de In e és Tecnológico) y po un cua o menu (IV. In o me de la p ác ica).
Es e úl imo menú pe mi e ene acceso a conoce la e olución del in o me de la
p ác ica a medida que se an con es ando las p egun as del in o me en los
dis in os apa ados.
Pa a diseña y cons ui las dis in as igu as en 3 dimensiones (3D) de las
es uc u as c is alinas que se usan
en el p og ama, como la que se
mues a en la Figu a 2
, así como las
co espondien es p oyecciones 2D
de los dis in os planos
c is alog á icos, se empleó el
so wa e DIAMOND 3.1 (“C ys al and
Molecula S uc u e Visualiza ion”).
Es e so wa e ue adqui ido po el
Depa amen o de Física de
Ma e iales con el núme o de licencia
1.3.4.2007253.2453.
Figu a 2
. Es uc u a c is alina en 3D del NaCl
Como he amien a de au ocon ol po pa e de los es udian es en el p oceso de
adquisición de conocimien os, se c ea on a ias p egun as de au oe aluación, a
las que se puede accede a medida que se a anza en el desa ollo de la p ác ica.
Es a o ma de au oe aluación le pe mi e a los es udian es co egi de o ma
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dinámica los posibles e o es que puedan su gi du an e el p oceso la adquisición
de los conocimien os. De es a o ma se mejo a la p epa ación p e ia de los
es udian es an es de accede a con es a a las p egun as del in o me de la p ác ica
que se gene an de o ma au omá ica y que se en ían di ec amen e al p o eso de
labo a o io pa a su pos e io e isión.
Una ez se inalizó la p og amación se p ocedió a comp oba el co ec o
uncionamien o del p og ama.
4. Recu sos humanos
In eg an es del P oyec o:
- Osca Rod iguez de la Fuen e.
- Nie es de Diego O e o.
- Noemí Ca mona Teje o.
- Yanice O ega Villa ue e.
5. Desa ollo de las ac i idades
Pa a la elabo ación del p oyec o se ejecu a on las dis in as ac i idades en el
siguien e o den:
En el p ime mes del p oyec o se ealizó el dig ama de lujo del p og ama y se
selecciona on los con enidos de cada uno de los dis in os submenus del p og ama.
Como se obse a en la Figu a 3
, la ba a p incipal del p og ama pe mi e isualiza los
4 menus p incipales que se de allan a con inuación:
 I. Concep os
 I.1.Tipos de de ec os pun uales
 I.2. No ación de K öge -Vink
 I.3 Reglas de balance
 II. Ejemplos
 II.1 Óxidos bina ios
 II.2 Óxidos e na ios
 III. Casos de In e és Tecnológico
 IV. In o me de la p ác ica

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Figu a 3
. Ba a del Menú p incipal del p og ama
Cada uno de los menus p incipales, cons an de una en ana p incipal, desde la
cual se puede accede a las siguien es en anas inculadas al menú en ejecución.
Dichas en anas incluyen las p egun as de au oe aluación (Figu a 4), las
p egun as del in o me de la p ác ica (Figu a 5
) , así como las en anas a las que se
accede a a és de los enlaces de ex o azules que dan luga a nue as igu as.
Figu a 4. Ven ana de au oe aluación Figu a 5.
P egun as pa a el in o me
Pa a ealiza o denadamen e la p ác ica de labo a o io, se accede a las dis in as
en anas de o ma secuencial en el o den siguien e pa a los dis in os menus (I → II
→ III), siendo posible e ocede en odo momen o has a la p ime a en ana.
Una ez elegidas la can idad de en anas p incipales, así como sus con enidos, se
p ocedió a c ea con la ayuda del p og ama Diamond, las dis in as igu as de las
es uc u as c is alinas, que si en pa a ilus a los di e sos ipos de de ec os que
pueden exis i en los c is ales iónicos, como se obse a en la Figu a 6.
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Figu a 6.
Flúo sus i ucional en la es uc u a 2D del NaCl. C eada con el so wa e
Diamond
Una ez se concluyó la elabo ación de la p ác ica de labo a o io se elabo ó el
co espondien e Guión de la p ác ica, que se inclui á al inicio del segundo
cua imes e en el Campus Vi ual de la asigna u a “Ma e iales Ce ámicos” .
En un u u o se espe a con inua adicionando a es e p og ama más emas
elacionados con o os aspec os de in e és como son: la sín esis, las p opiedades,
y los mé odos de ca ac e ización de los ma e iales ce ámicos.