¿Cómo mejorar la docencia en electrónica de dispositivos? Guía de actividades

Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo Departamento de Electrónica y Electromagnetismo Universidad de Sevilla jlener[email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1741-9743 D.O.I.: http://dx.doi.org/10.12795/JDU.2018.i01.20 Pp.: 356-373 Resumen La implementación de un Ciclo de Mejora Docente (CDM) se ha realizado en la asignatura ‘Electrónica Física’. La asignatura es el primer contacto de los estudiantes con el estudio de la física de los dispositivos semiconductores, siendo muchos de los conceptos impartidos totalmente novedosos para el alumnado. El índice de aprobados de la asignatura ha sido tradicionalmente bajo, aun cuando la nota de corte de algunas de las titulaciones de los alumnos que la cursan es muy alta. El ciclo de mejora se apoya en la elaboración de guía de actividades y boletines de problemas que se adaptan a las necesidades del alumnado, actuando el profesor como guía en la resolución de los problemas planteados. Palabras claves: Electrónica física, Grado en Física, Grado en Ingeniería de Materiales, Doble grado en Física y Matemáticas, Doble grado ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 357 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) en Física e Ingeniería de Materiales; docencia universitaria, experimentación docente universitaria, guía de actividades y boletines de problemas. Breve descripción del contexto de la intervención Se ha propuesto una experiencia de innovación docente para la asignatura Electrónica Física. Se trata de una asignatura troncal y obligatoria de seis créditos, que se imparte en el segundo cuatrimestre de forma simultánea en varias titulaciones: en el Grado en Física, en el Grado en Ingeniería de Materiales y en los dobles grados en Física y Matemáticas y en Física e Ingeniería de Materiales. Es la primera asignatura relacionada con la Electrónica que se imparte en todas estas titulaciones y que requiere un esfuerzo extra por parte del alumnado que la cursa por primera vez. La carga docente de la asignatura ha pasado de nueve a seis créditos, sin que el temario que se imparte, se haya reducido de forma acorde. De todo lo anterior se extrae que el índice de aprobados sea relativamente bajo (por debajo del 60% en primera convocatoria), en comparación con otras asignaturas de la titulación. Este resultado preocupa toda vez que los alumnos acceden a las titulaciones con notas de corte muy altas. En este contexto se produce la necesidad de realizar el ciclo de mejora docente (CMD), analizando el estado del alumnado, proponiendo medidas de mejora, evaluando el resultado de la experiencia docente realizada, para concluir con la propuesta de nuevas mejoras para los próximos cursos. La docencia se divide en clases de teoría (tres horas semanales) y en clases de problemas (una hora semanal). Las actividades del ciclo de mejora se han desarrollado en los seminarios prácticos dedicados a la realización de problemas. ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 358 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Descripción de las clases habituales y evolución de las mismas durante el curso académico 2016-2017 La asignatura es fuertemente teórica, siendo las clases de teoría el pilar de la asignatura. Las clases (seminarios) de problemas son extensiones de las clases teóricas donde se analizan casos particulares, en mayor detalle que en las clases teóricas. En algunos casos, se resuelven problemas que permiten hacer un análisis cuantitativo del comportamiento de los dispositivos semiconductores y los efectos de segundo orden que los afectan. Las clases de teoría son de tipo magistral en las que se usan diapositivas para introducir los conceptos de la asignatura. La pizarra se utiliza como herramienta para realizar demostraciones matemáticas e ilustraciones de los conceptos que se van introduciendo en clase. Los seminarios de problemas son también de tipo magistral en los que el profesor resuelve problemas de boletines, que se encuentran previamente disponibles en la Plataforma de Enseñanza Virtual. Los alumnos tienen la opción de intentar resolverlos en casa y comprobar en clase si su solución es la misma que la propuesta por el profesor. Para ello cuentan con el material impartido en las clases de teoría. En la práctica, los alumnos esperan a las clases de problemas, para ver la solución aportada por el profesor a los problemas. Tabla 1 Esquema de los seminarios de problemas antes de la puesta en marcha del CMD Estructura de los seminarios previa al Ciclo de Mejora Docente 1 Publicación de actividades en la Plataforma de Enseñanza Virtual 2 Preparación de la pizarra, presentación, e introducción de la materia a tratar 3 Lectura y explicación de los problemas que se van a resolver en clase ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 359 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 4 Resolución de los problemas en la pizarra 5 Análisis de los resultados. Discusión de los mismos. Se establecen vínculos con magnitudes y propiedades de la materia conocidas por el alumnado 6 Resumen del problema resuelto. Justificación y encuadre en la asignatura 7 Tiempo dedicado a que los estudiantes desarrollen la resolución del problema planteado en clase Tabla 2 Secuencia habitual antes de implementar el CMD Planteamiento del problema + Resolución en la pizarra + Análisis de resultados y discusión + Justificación de la tarea realizada Análisis de las clases durante el curso académico 2016-2017 Durante el desarrollo de las clases ya impartidas a comienzo del presente curso, observé la necesidad de realizar un cambio en la dinámica de la clase debido a las siguientes observaciones: 1. Era necesario que los alumnos intentasen realizar los problemas propuestos antes de los seminarios 2. Muchos estudiantes se limitaban a copiar las soluciones propuestas por el profesor, sin establecer ningún tipo de razonamiento crítico 3. Las intervenciones de los alumnos en clase no eran frecuentes y las dudas que plantean son muy básicas, en la mayoría de los casos 4. De la mera observación del desarrollo de la clase resultaba difícil hacer una valoración profunda de las carencias del alumnado 5. Era necesario establecer medidas para corregir la tendencia actual ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 360 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Modelo metodológico habitual antes de realizar el ciclo de mejora Actividades de iniciación: Planteamiento del problema Actividades de profundización: Resolución en la pizarra Actividades de seguimiento: Análisis de resultados y discusión Actividades de cierre: Justificación de la tarea realizada Modelo metodológico ideal que se pretendía conseguir El modelo metodológico ideal se ha dirigido hacia la consecución de los objetivos buscados, Porlan (2017), quedando destacados los siguientes puntos clave: 1. Comenzar con la realización de preguntas clave para conocer el grado y el nivel de conocimiento de los estudiantes Bain (2007) 2. Evaluar las respuestas de los estudiantes a las preguntas clave 3. Plantear una secuencia de problemas dirigidos y ajustados a los niveles de respuesta dados por los estudiantes en relación a las preguntas clave realizadas al inicio del ciclo de mejora. 4. Los estudiantes desarrollan y resuelven los problemas planteados, debatiendo entre ellos y con el profesor las dificultades que se encuentran durante el ejercicio de resolución de problemas. 5. El profesor debate con los estudiantes las dificultades obtenidas y realiza resumen de los aspectos destacados de la secuencia de problemas Tabla 3 Secuencia del modelo metodológico ideal del CMD Preguntas clave + Respuestas a preguntas clave + Problemas dirigidos + Trabajo autónomo de los alumnos + Debate final ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 361 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Diseño del Ciclo de Mejora Docente El diseño se realiza en base al modelo metodológico ideal anteriormente descrito. Mapa de contenidos y preguntas clave asociadas El mapa de contenidos a impartir en la asignatura se elaboró teniendo en cuenta los tres bloques de contenidos básicos para la docencia en Electrónica de Dispositivos y las preguntas clave asociadas a los contenidos básicos. El mapa de contenidos permite situar la estructura y las relaciones que se producen entre contenidos que debe alcanzar en su aprendizaje el estudiante. En el mapa de contenidos se ha asociado a cada contenido una o varias preguntas clave, identificadas con la letra “p” y un número “n” estableciendo el código “pn”. En la tabla 4 de la página siguiente quedan identificadas las relaciones del mapa de contenidos. A continuación de la tabla 4 se indican las preguntas del cuestionario identificadas con el código “pn” expresadas en el mapa. ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 362 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Tabla 4 Mapa de contenidos del CMD ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 363 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Relación de preguntas del cuestionario inicial que se entrega al comienzo de la primera sesión del ciclo de mejora (p1). Qué relación existe entre la carga y el campo eléctrico? (p2). ¿Qué establece el Teorema de Gauss? (p3). ¿Qué sucede en un campo eléctrico cuando hay cargas puntuales, hay densidades volumétricas o hay perfiles arbitrarios de carga? (p4). ¿Qué relación hay entre el potencial electroestático y la carga? ¿y entre el potencial electrostático y el campo eléctrico? (p5). ¿Qué establece el Teorema de Poisson? (p6). ¿Cómo de obtiene el cálculo de potencial generado por cargas puntuales, densidades volumétricas de carga y perfiles arbitrarios de carga? (p7). ¿Cuándo y cómo uso las Leyes de Kirchhoff? (p8). ¿Qué identifica la Primera Ley? (p9). ¿En qué puedo aplicar la Segunda Ley? (p10). ¿Cómo aplico las Leyes de Kirchhoff para resolver circuitos? (p11). ¿Cómo puedo aplicar el análisis de nudos y mallas? (p12). ¿Qué mecanismos gobiernan el movimiento de cargas? (p13). ¿En qué podemos aplicar los cálculos básicos de las corrientes de arrastre y los flujos difusivos? Modelo metodológico posible y secuencia de actividades programadas El modelo metodológico posible se ajusta a las limitaciones reales asociadas al tiempo disponible y a la capacidad real de los alumnos, incorporando como apoyo a las actividades docentes una guía de actividades y boletines ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 364 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) de problemas encaminados a conducir a los estudiantes en su proceso de enseñanza-aprendizaje en la asignatura. Tabla 5 Distribución de actividades del modelo metodológico posible (sesión estándar 60 minutos) 10 minutos Realización de preguntas clave 5 minutos Evaluación de las respuestas de los estudiantes a las preguntas clave mediante la realización de encuesta debate 5 minutos Propuesta de secuencia de problemas de la guía de actividades 10 minutos Inicio de la resolución de problemas por los estudiantes 5 minutos Debate sobre dificultades encontradas por los estudiantes en el encerado. Los alumnos explican los problemas que han tenido. 5 minutos El profesor esquematiza la posible solución del problema 10 minutos Los estudiantes buscan por sus medios y con ayuda del material elaborado la resolución del problema 15 minutos El profesor soluciona el problema. Actividades de cierre. Debate y conclusiones obtenidas El modelo posible incorpora, nuevos objetivos docentes dirigidos a: • El aprendizaje autónomo de los estudiantes • El conocimiento del nivel de los estudiantes y sus carencias • Una revisión profunda de los materiales docentes disponibles La duración total del ciclo de mejora fue de 7 horas, estructuradas en 7 sesiones de una hora de duración cada una de ellas. El ciclo de mejora docente se ha realizado en dos grupos distintos, siendo la duración total de la innovación docente de 7 x 2 = 14 horas. Se detallan a continuación la secuencia de actividades que se realizó en cada sesión. Se utilizaron los siguientes códigos para cada tipo de actividad: C: Cuestionario ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 371 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Evaluación del Ciclo de Mejora Docente Cuestiones a mantener y cambios a introducir Se mantienen la estructura de las sesiones y su duración. Los resultados obtenidos en el ciclo de mejora y las opiniones de los alumnos justifican una ampliación de la duración de las sesiones del mismo. En base a las escaleras de aprendizaje de los alumnos, el impacto del CMD se considera positivo. Se propone que en ediciones futuras el CDM comience junto con las clases. El tiempo dedicado a las Ecuaciones del Transporte resultó ser insuficiente, dada la complejidad y la novedad de las mismas. Se propone pasar de una a dos sesiones de trabajo dedicadas al estudio de las ecuaciones en ediciones futuras. El rendimiento del alumnado indica que es necesario dedicar más tiempo al análisis de circuitos que al repaso de la Ley de Gauss. Se propone hacer una redistribución temporal asociada a cada uno de estos temas, acorde con los resultados obtenidos. Se estima necesario que en la primera y en la última sesión del CMD se amplíe el tiempo destinado a realizar los cuestionarios iniciales/finales, alcanzando gran parte del desarrollo de ambas sesiones. Aspectos que se pretenden incorporar a la práctica docente habitual. Se ha comprobado que los alumnos entienden el grado de complejidad de la asignatura y la necesidad de llevarla al día, al forzarles a resolver ejercicios en clase. El debate generado ha sido positivo, puesto que los alumnos han establecido vínculos entre ellos, que ha permitido un aprendizaje colaborativo. Ha sido habitual que varios alumnos hayan formado grupos de estudio para resolver ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 372 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) problemas de exámenes de cursos pasados, tras la experiencia iniciada en las clases del CMD. El hecho de que el material didáctico estuviera disponible por adelantado ha sido valorado positivamente por el alumnado. El cuestionario final sobre la experiencia docente ha sido útil como herramienta de evaluación. Principios didácticos argumentados que han guiado la experiencia docente y que deben permanecer en el futuro La tabla 12 resume los principios Tabla 12 Principios didácticos que han fundamentado la innovación docente en el proceso de enseñanza-aprendizaje y que deben permanecer en la asignatura. El aprendizaje basado en un trabajo previo, continuado en el tiempo, es más efectivo y perdura más que un aprendizaje a ráfagas, basado en estudio intenso antes del examen Finkel (2008) La adopción de un enfoque constructivista Delval (1997), según el cual el alumno es el verdadero protagonista de su aprendizaje, teniendo éste un papel activo y, además, evalúa continuamente y somete a crítica sus propios conocimientos Gómez Rijo (2010) La creación de un entorno de trabajo y de un entorno enriquecedor que lleve al alumno a trabajar de forma continuada y autónoma, y a plantearse interrogantes sobre los conceptos impartidos, y a aprender por sí mismos Bain (2007) La elección de un tema de trabajo de interés por los estudiantes y que esté relacionado con los dispositivos electrónicos que usan a diario, éste hecho tradicionalmente ha dado buenos resultados pedagógicos Ausubel (1978) ¿Cómo mejorar la docencia en Electrónica de Dispositivos? Guía de actividades Juan Antonio Leñero Bardallo 373 Jornadas de Formación e Innovación Docente del Profesorado | Nº 1 (2018) Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Conclusiones Se ha propuesto el uso de una herramienta docente para identificar aquellos aspectos de la asignatura ‘Electrónica Física’ que generan mayor dificultad en el proceso de aprendizaje. La experiencia ha permitido tanto al alumnado como al profesorado identificar los contenidos de la asignatura que deben abordarse en mayor profundidad y en cada momento. En base a ello, los alumnos han comenzado a resolver problemas con mayor prontitud que en cursos anteriores. Se propone la aplicación del modelo en los próximos cursos. El CMD ha supuesto un cambio en la dinámica de la clase, con respecto a cursos anteriores. Bibliografía Porlan, R et al. (2017). Enseñanza Universitaria. Cómo mejorarla (2ª edición). Morata. Finkel, D. (2008). Dar clase con la boca cerrada. Valencia: Publicaciones de la Universidad de Valencia. Ausubel, D. Novak, J., y Hanesian, H. (1978). Educational Psychology: A Cognitive View (2nd Ed.). New York: Holt, Rinehart & Winston. Delval, J. (1997). Tesis sobre el constructivismo. En Rodrigo, M.J. y Arnay J., La construcción del conocimiento escolar (pp. 15-35). Barcelona: Paidós. Gómez Rijo, A. (2010). El alumnado como constructor de su propio aprendizaje en el área de educación física. Wanceulen E.F. Digital, 52-61, 6. Bain, K. (2006). Lo que hacen los mejores profesores universitarios, PUV, Valencia.