Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil

Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 2283 Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil Petr Urban Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil An innovative proposal to teach the subject «Chemistry of Materials» in the Civil Engineering Degree Petr Urban ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2106-5378 Universidad de Sevilla Escuela Técnica Superior de Ingeniería Departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte [email protected] DOI: http://dx.doi.org/10.12795/9788447222865.130 Pp.: 2283-2298 Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 2284 2285 Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil Petr Urban Resumen Se realizó un ciclo de mejora en el aula en la asignatura obligatoria Química de los Materiales que se imparte en el Grado de Ingeniería Civil. La metodología llevada a cabo consiste en la incorporación de actividades de contraste en el bloque V (Propiedades de los materiales) del temario. Los resultados reflejan un desarrollo en el aprendizaje de los alumnos, así como una valoración bastante positiva de ellos sobre esta metodología innovadora que se ha llevado a cabo, con una valoración media de 7,8 (sobre 10). Palabras clave: Química de los materiales, Grado en Ingeniería Civil, docencia universitaria, desarrollo profesional docente, propiedades de los materiales. Abstract A cycle of improvement was carried out in the classroom in the compulsory subject «Chemistry of Materials» that is taught in the civil engineering degree. The methodology carried out consists of the incorporation of contrast activities in block V (Properties of materials) of the syllabus. The results reflect a development in the learning of the students, as well as a fairly positive assessment of them on this innovative methodology that has been carried out, with a 7.8 average rating (out of 10). Keywords: Chemistry of materials, Civil engineering degree, university lecturing, university teaching experimentation, properties of materials. Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 2285 Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil Petr Urban Breve descripción del contexto La asignatura en la que se ha realizado este Ciclo de Mejora en el Aula (CIMA) es Química de los Materiales del primer curso del Grado en Ingeniería Civil aplicado durante el segundo cuatrimestre del año 2020/2021. La asignatura es anual y se divide en dos cuatrimestres (figura 1). Primer cuatrimestre (química de los materiales) con 2 bloques y 4 temas (responsabilidad del departamento de Ingeniería Química y Ambiental) y segundo cuatrimestre (ciencia de los materiales) con 3 bloques y 10 temas (responsabilidad del departamento de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y del Transporte). Cada cuatrimestre tiene peso de 3 créditos ECTS. El sistema didáctico del segundo cuatrimestre de la asignatura es mi responsabilidad y tengo la total libertad en elegir el modelo didáctico adecuado para el correcto desarrollo de las clases. Este año 2020/2021 la asignatura cuenta con 94 alumnos matriculados. Sin embargo, durante el segundo cuatrimestre la media de asistencia a las clases de teoría (la asistencia no es obligatoria) fue inferior, alrededor de unos 25 alumnos. Es de destacar que, al tratarse de una asignatura anual Figura 1. Mapa general del contenido de la asignatura de Química de los materiales. Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 2286 2287 Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil Petr Urban y del primer curso, muchos alumnos abandonan la asignatura, o directamente la carrera universitaria, durante el primer cuatrimestre. Por último, destacar, que el segundo cuatrimestre tiene en total 25 h de teoría en el aula y 5 h en las 4 prácticas en el laboratorio. La mejora en el modelo metodológico se va a aplicar solo al último bloque V de la teoría en el aula, cuya duración es de 8:20 horas (500 min). Metodología habitual y secuencia de actividades A continuación, se describe brevemente la metodología aplicada a esta asignatura en los años anteriores al CIMA. En la figura 2 está dibujado el esquema del modelo metodológico aplicado para el bloque V de la asignatura. Las clases en el aula tenían solo 2 partes. Unos 80 % del tiempo de las clases pertenecía a la explicación de la teoría y unos 20 % a la resolución de varios problemas. Ambas partes eran puramente clases magistrales. A parte del tiempo en el aula, los alumnos tenían que asistir a una práctica en el laboratorio que está relacionada con el bloque V. Todas las partes del modelo metodológico están explicadas con más detalles en la tabla 1. Figura 2. Modelo metodológico habitual del bloque V. Leyenda: T: Teoría; Pr: Problemas; P: Práctica Tabla 1. Secuencia de actividades en el modelo metodológico habitual del bloque V 1TTeoría Aula 400 min 80 % 2Pr Resolución de problemas Aula 100 min 20 % 3PPráctica en el laboratorio Laboratorio 75 min 100 % Total: 500 min (8:20) en el aula; 75 min en el laboratorio. Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 2287 Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil Petr Urban Diseño previo del CIMA El segundo cuatrimestre está dividido en tres bloques (figura 1). El bloque elegido para el CIMA es el bloque V (figura 3). En este bloque se relacionan las propiedades mecánicas, térmicas y químicas entre sí y con los temas de los bloques anteriores que los alumnos han aprendido en las clases anteriores. La duración del CIMA ha sido de 8:20 horas (500 min) presenciales en el aula divididas entre diferentes actividades como se puede ver en la figura 4. Fuera del horario del CIMA los alumnos han asistido a una práctica de «Dureza y endurecimiento de materiales metálicos» del tema «Propiedades mecánicas» de duración de 1:15 horas. Contenidos y Evaluación En el presente CIMA no se han modificado ni los contenidos ni la evaluación. Los contenidos del bloque V se pueden observar en la figura 3. Todo el contenido, antes del CIMA, se estaba impartiendo de forma magistral. En el CIMA se impartió el mismo contenido, pero distribuido entre clases magistrales, actividades de contraste (Finkel, 2008), normas técnicas, artículos científicos, prácticas, problemas, recursos audiovisuales y otras actividades (Bain, 2004). La evaluación de la asignatura no sufrió cambios antes y después del CIMA. Se evaluó teoría por vía del test y examen de resolución de problemas. En algunas actividades ha sido obligatoria la asistencia como es el caso de las prácticas en el laboratorio. Y en algunas actividades ha sido obligatoria la entrega de un trabajo como es el caso de la actividad en casa o la entrega de un informe de las prácticas del laboratorio. Metodología posible y secuencia de actividades La diferencia entre el modelo metodológico habitual y el posible es que el modelo habitual se repite en cada tema. Por lo contrario, el modelo posible tiene en cuenta el bloque entero y a lo largo del segundo cuatrimestre se repetiría (en el futuro) solo 3 veces en los 3 bloques con algunos cambios menores según las características específicas de cada uno de los 3 bloques. En la figura 3 está el mapa de contenidos del bloque V (Propiedades de los materiales) indicando las partes más o menos importantes, las relaciones entre diferentes contenidos y las preguntas principales que le pueden surgir a los alumnos antes de empezar a estudiar este bloque. Estas preguntas se utilizarán para elaborar el cuestionario inicial-final. 2289 2288 Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil Petr Urban Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) Figura 3. Mapa de contenidos del bloque V: Propiedades de los materiales. Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 2289 Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil Petr Urban En la figura 4 está el esquema del modelo metodológico ideal y posible (Porlán y Navarro, 2019) para el bloque V relacionando entre sí las diferentes actividades y rompiendo la estructura lineal del modelo metodológico antes del CIMA y creando esquema ramificado. Figura 4. Modelo metodológico ideal y posible para el bloque V. Leyenda: Relleno blanco: Actividades en el aula; Relleno azul: Actividades en casa; Relleno amarillo: Actividades en el laboratorio; CI: Cuestionario Inicial; I: Introducción; IAeC: Introducción para la Actividad en Casa; AeC: Actividad en Casa; IVR: Introducción al recurso de Realidad Virtual; VR: Realidad Virtual en casa; T: Teoría; N: Norma para la práctica; A: Artículo científico relacionado con la práctica; Pr: Resolución de Problemas; PrP: Resolución de Problemas para la Práctica en el laboratorio; IA: Ideas de los Alumnos; Ac: Actividad (Contraste – Conflicto – Contra evidencia – Cambio); SAeC: Síntesis de la Actividad en Casa; CES: CES EduPack; CF: Cuestionario Final; S: Síntesis; P: Práctica en el laboratorio; IP: Informe de la Práctica. Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 2290 2291 Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil Petr Urban Por último, en la tabla 2 se observa la secuencia de actividades (Porlán y Navarro, 2018) en el modelo metodológico posible del bloque V. Las actividades están ordenadas cronológicamente describiendo cada actividad con más detalles. Tabla 2. Secuencia de actividades en el modelo metodológico ideal y posible del bloque V NoActividad Lugar Tiempo Abr. Nombre min % 1 CI Cuestionario Inicial Aula 10 min 2 % Resumen: Rellenar en clase un cuestionario inicial. Tipo: Clase Magistral. Contenido: 3 preguntas abiertas e indirectas sobre los 3 temas del bloque V de la asignatura. Recursos: Página web https://www.socrative.com/. 2 I Introducción Aula 20 min 4 % Resumen: Resumiendo el bloque V y relacionándolo con los bloques III y IV. Tipo: Clase magistral. Recursos: Presentación con PowerPoint. 3 IAeC Introducción para la Actividad en Casa Aula 10 min 2 % Resumen: Explicando a los estudiantes el contenido de la actividad en casa (actividad 4). Tipo: Clase magistral. Recursos: Presentación con PowerPoint e internet. 4AeC Actividad en Casa Casa 30 min 50 % Resumen: Relacionar una pieza con sus propiedades. Tipo: Estudiantes trabajan de forma autónoma en casa. Contenido: Cada estudiante tiene que buscar en internet cuales son las propiedades de una pieza real y tiene que entregar un informe. En el informe tiene que estar una descripción de la pieza y explicación de las propiedades requeridas, incluyendo la fuente de información. Los resultados más interesantes se hablarán en clase en la actividad 12. Recursos: Hacer búsqueda en internet. 5 IVR Introducción al recurso de Realidad Virtual Aula 10 min 2 % Resumen: Explicando a los estudiantes el contenido de la actividad en casa (actividad 6). Tipo: Clase magistral. Recursos: Presentación con PowerPoint e internet. Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 2291 Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil Petr Urban NoActividad Lugar Tiempo Abr. Nombre min % 6 VR Realidad Virtual en casa Casa Opcional Resumen: Familiarización con el ámbito de la realidad virtual. Tipo: Estudiantes trabajan de forma autónoma en casa. Contenido: Visitar el laboratorio virtual del departamento de Ingeniería y ciencia de los materiales y ver los recursos interactivos relacionados con las prácticas. Recursos: Hacer uso de un navegador web en la URL https://ra.sav.us.es/rv/imagen/ lvm/. 7 T Teoría Aula 300 min 60 % Resumen: Clases de teoría del bloque V (Cuevas, Montes y Cintas, 2014). Tipo: Clase magistral. Contenido: Propiedades mecánicas, térmicas y químicas. Recursos: Presentación con PowerPoint. 8 N Norma para la práctica Aula 10 min 2 % Resumen: Familiarización con normas técnicas (UNE-EN ISO 6508-1, 2017). Tipo: Clase magistral. Contenido: Ver todas las partes que debería tener una norma técnica, donde buscar las normas, tipología e importancia para la investigación e industria. Como ejemplo se utilizará la norma Española UNE-EN ISO 6508-1 (2017) Materiales metálicos, Ensayo de dureza Rockwell, Parte 1: Método de ensayo. Recursos: Presentación con PowerPoint, búsqueda en internet y norma en pdf. 9 A Artículo científico relacionado con la práctica en el laboratorio Aula 10 min 2 % Resumen: Familiarización con artículos científicos (Urban, Ternero, Caballero, Nandyala, Montes y Cuevas, 2019). Tipo: Clase magistral. Contenido: Ver todas las partes que debería tener un artículo científico, donde buscar los artículos, tipología e importancia para la investigación e industria. Como ejemplo se utilizará el artículo Amorphous Al-Ti powders prepared by mechanical alloying and consolidated by electrical resistance sintering. Recursos: Presentación con PowerPoint y búsqueda en internet. 10 Pr Resolución de Problemas Aula 50 min 10 % Resumen: Resolución de varios problemas relacionados con el bloque V (Pérez, Arévalo y Montealegre, 2018). Tipo: Actividad de contraste. Contenido: Los estudiantes intentan conjuntamente resolver los problemas propuestos basándose en los conocimientos adquiridos en la teoría del bloque V. Profesor tiene función de guía o acompañante. Recursos: Presentación con PowerPoint y pizarra. 2299 Esta obra se distribuye con la licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0.) 2298 Proyecto de innovación docente en la asignatura de «Química de los Materiales» en el Grado de Ingeniería Civil Petr Urban Referencias bibliográficas Bain, K. (2004). Lo que hacen los mejores profesores universitarios. Valencia: Universidad de Valencia. Cuevas, F.G., Montes, J.M. y Cintas, J. (2014). Ciencia e ingeniería de los materiales. Ediciones Paraninfo, S.A. Finkel, D. (2008). Dar clase con la boca cerrada. Valencia: Universidad de Valencia. Montes, J.M., Cuevas, F.G. y Cintas, J. (2014). Solucionario de ciencia e ingeniería de los materiales. Ediciones Paraninfo, S.A. Pérez, E.M., Arévalo, C. y Montealegre, I. (2018). Colección de problemas resueltos de ciencia de materiales aeroespaciales. Editorial Universidad de Sevilla. Porlán, R. (2017). Enseñanza universitaria. Cómo mejorarla. Madrid: Ediciones Morata. Porlán, R. y Navarro, E. (2018). Jornadas de formación e innovación docente del profesorado. Sevilla: Universidad de Sevilla. Porlán, R. y Navarro, E. (2019). Ciclos de mejora en el aula. Año 2019. Experiencias de innovación docente de la Universidad de Sevilla. Sevilla: Universidad de Sevilla. UNE-EN ISO 6508-1 (2017). Materiales metálicos, Ensayos de dureza Rockwell, Parte 1: Método de ensayo, https://bit.ly/3xrYXNB. Urban, P., Ternero, F., Caballero, E.S., Nandyala, S., Montes, J.M. y Cuevas, F.G. (2019). Amorphous Al-Ti Powders Prepared by Mechanical Alloying and Consolidated by Electrical Resistance Sintering. Metals, 9(11), 1140-1153, https://doi.org/10.3390/met9111140.