“Experiencias con programa de simulación en la innovación docente”.

“Experiencias con programa de simulación en la innovación docente”.
Andrés Sánchez, M. A.; Eceiza Mendiguren, A.; Corcuera Maeso, M. A.
Universidad del País Vasco. Escuela Universitaria Politécnica de San Sebastián.
Departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente.
Plaza Europa 1. 20018 San Sebastián
Abstract:
Todo proceso de enseñanza se apoya en la utilización de algún tipo de recurso material
que codifica la información de manera muy diferente, por lo que su efecto sobre el
aprendizaje del alumno también es diverso.
Uno de los problemas más graves que nos afecta, concernientes a la contaminación
atmosférica, es la mala calidad del aire en el ambiente, pues causan daño a las personas,
a los ecosistemas y a los materiales, cambios en el clima o interfieren nuestro bienestar
y actividades normales.
En este trabajo se describe la experiencia obtenida al utilizar un nuevo tipo de
herramientas en la línea de simulación que van a ofrecer un fácil acceso la estimación
de la dispersión de contaminantes atmosféricos en el aire, contaminación acústica y la
Evaluación del Impacto Ambiental asociado. Esta implantación se diseña, inicialmente,
con el objetivo de incorporar al ámbito universitario Nuevas Tecnologías que
constituyan un apoyo a la docencia presencial impartida en la asignatura de Ingeniería
Medioambiental de la Escuela Universitaria Politécnica de San Sebastián.
La promoción de herramientas virtuales de simulación contribuyen a la modernización
del sistema de educación y responden a las necesidades tecnológicas en la formación
industrial. La investigación y conocimiento, por parte del profesorado, de los nuevos
métodos didácticos, o el desarrollo de los mismos para aplicaciones específicas, supone
una nueva perspectiva ante la mejora de la calidad de enseñanza, pues permite un
cambio en el método docente utilizado hasta ahora y proporciona a los alumnos un
sistema de estudio complementario a los apuntes de clase o los libros, aprovechando
como recurso la ayuda que las nuevas tecnologías nos ofrecen.
La metodología de la Simulación, cada vez con más facilidad, se está implantando en el
ámbito de la Enseñanza Superior Universitaria como nueva herramienta de aprendizaje,
gracias a la ayuda que supone frente a la comprensión de los conocimientos explicados
en clase, permitiendo que el alumno encuentre una manera atractiva y amena de
aprender a plantear y resolver problemas. Por otra parte permite no sólo resolver
problemas, si no la obtención de conclusiones derivadas de modificaciones los
parámetros que gobiernan el problema de una forma rápida optimizando con ello el
tiempo empleado en las clases prácticas.
La aplicación de esta metodología se enmarca en los créditos prácticos de la asignatura
de Ingeniería Medioambiental en la Escuela Politécnica de San Sebastián de la
Universidad del País Vasco. Durante el curso 2009-2010 se ha aplicado la estrategia de
aprendizaje activo del alumnado basado en la utilización de programas de simulación
como herramienta facilitadora en el aprendizaje.
1.- INTRODUCCION
Teniendo en cuenta que los conocimientos tratados en la asignatura de Ingeniería
Medioambiental son fácilmente aplicables a casos reales, se planteó el empleo de dos
programas de simulación DISPER 4.0.y CUSTIC 3.2 para obtener datos de
contaminación atmosférica y acústica respectivamente. Los datos obtenidos mediante
dichos programas servirán de base para la evaluación de su impacto ambiental asociado.
Un simulador es una aplicación informática que intenta reproducir el comportamiento
de una realidad o proceso. Es, por tanto, una herramienta utilizada y muy preciada en la
formación de muchas disciplinas como la medicina, la navegación aérea, la conducción
ferroviaria y terrestre, etc.. y en la industria del ocio y del deporte, entre otros.Santos
El programa informático DISPER 4.0 es una aplicación informática que tiene por objeto
la estimación de la dispersión de contaminantes atmosféricos en el aire. La base del
modelo es el uso de una ecuación gaussiana e independiente del tiempo que simula el
penacho de humo que se genera en la atmósfera por un emisor.
Con algunas modificaciones, el modelo puede utilizarse para simular emisiones de
chimeneas industriales, vías de tráfico, carreteras, líneas férreas, minas a cielo abierto,
vertederos emisores de gases al aire,... Admite datos meteorológicos para establecer las
condiciones de la forma de la nube contaminante. El modelo establece la concentración
de contaminante en cada punto afectado del terreno producido por cada una de las
fuentes emisoras teniendo en cuenta las propiedades del contaminante y el estado de la
atmósfera. Existe la posibilidad de realizar promedios temporales (diarios, mensuales o
anuales) de tal manera que se puede establecer la concentración de contaminante
promedio en cada punto del terreno. El escenario, el entorno y los resultados pueden
imprimirse o guardarse en archivos. Trabaja con Mapas Google. Las imágenes
obtenidas en pantalla pueden exportarse como archivos BMP que son fácilmente
utilizables en gran cantidad de aplicaciones informáticas como Microsoft Word, Lotus
Smatsuite, Adobe Photoshop,... El software empleado ha sido enteramente desarrollado
por Canarina Algoritmos Numéricos, S.L.
La directiva 1996/62/CEE sobre evaluación y gestión de la calidad del aire establece,
además de los sistemas de medición, el uso de otras técnicas de evaluación de la
calidad del aire, en particular la modelización. Los modelos para evaluar la calidad del
aire se han utilizado especialmente como método de predicción en la evaluación de
impactos ambientales y en trabajos de planificación ambiental.
El programa CUSTIC 3.2 nos da la posibilidad de estudiar numéricamente una gran
cantidad de emisores de contaminación sonora que afectan a nuestro medioambiente
actual teniendo en cuenta las propiedades del medio. Admite datos meteorológicos para
establecer las condiciones de la forma de la contaminación sonora. Existe la posibilidad
de realizar promedios temporales (diarios, mensuales o anuales) de tal manera que se
puede establecer la contaminación sonora promedio en cada punto del medio. El
programa está basado en el sistema operativo Microsoft WINDOWS.
Estos programas aportan un gran beneficio a la docencia de la asignatura de Ingeniería
Medioambiental al permitir al alumno evaluar la Contaminación atmosférica y sonora
en el Medio Ambiente y predecir el impacto ambiental asociado.
2.- DATOS DE LA MATERIA
La asignatura Ingeniería medioambiental se imparte en el primer cuatrimestre del tercer
curso de la titulación de Ingeniería Técnica de Obras Públicas en la Escuela
Universitaria Politécnica de San Sebastián. Es una asignatura troncal de 6 créditos que
se reparten en 4,5 créditos teóricos y 1,5 créditos prácticos de aula, lo que supone una
docencia de 4 horas presenciales a la semana durante todo el cuatrimestre. El número de
alumnos matriculados en dicha asignatura durante el curso 2009-2010 fue de 75. Estos
75 alumnos se dividieron en 3 grupos de prácticas, cada uno de 25.
La Ingeniería Medioambiental es una asignatura de gran importancia en el currículo de
un ingeniero técnico de obras públicas, Los datos identificativos de la asignatura se
muestran en la tabla 1.
Tabla1.- Datos significativos de la asignatura de Ingeniería Medioambiental
Centro
Titulación
Nombre
EUP
San Sebastián
Ingeniero
Técnico Obras
Públicas
Ingeniería
Medioambiental
Código
18875
Curso
3º
Nº créditos
ECTS
12
Los contenidos temáticos de la asignatura están relacionados con la contaminación
atmosférica, acústica, del suelo, residuos y la gestión medioambiental. La gestión
ambiental se basa en dos herramientas fundamentales: la planificación y la evaluación
del impacto ambiental.
El programa teórico de la asignatura se desarrolla en los créditos teóricos según un
modelo de aprendizaje basado en clases magistrales y que se complementa con la
resolución de problemas relacionados. La docencia de las clases prácticas se realiza en
aulas de informática que cuentan con 20 puestos de trabajo, con una ocupación media
de dos alumnos por puesto. Cada puesto consta de un ordenador personal con los
programas de simulación utilizados, acceso a Internet,… Esta experiencia está apoyada
por un Campo Virtual en la plataforma denominada “Moodle”.
Para la evaluación de la asignatura se realiza una prueba escrita en la que se contestarán
preguntas y cuestiones teóricas y de resolución de problemas que computará por el 70%
de la nota. El otro 30% será evaluado por el trabajo realizado en grupo.
3.- ESTRUCTURA DEL PROGRAMA.
La estructura general de funcionamiento del programa DISPER 4.0 es la siguiente.
Tal y como muestra la figura, después de haber introducido los ingredientes necesarios
para la simulación, es decir, las fuentes, las condiciones atmosféricas, los relieves
topográficos y las especificaciones numéricas del cálculo como son la escala y el
número de puntos se aplica la función cálculo deberá de aplicarse. Este comando usará
toda esta información para obtener las concentraciones de contaminante en cada punto
de la malla que anteriormente hemos definido.
Existe la función promedio nos permitirá promediar en el tiempo la simulación
numérica.
Con el paso del tiempo, pueden variar muchos factores de interés para la simulación
como son la cantidad de contaminante que emite la fuente, la dirección del viento, la
velocidad del viento, la temperatura del aire,... Por todo esto, el programa permite
realizar promedios temporales a la hora de hacer el cálculo.
Figura 1.- Estructura general del programa de simulación
Las funciones Colorea y Dibuja líneas son para realizar un tratamiento de la imagen
resultante y, por lo tanto, aplicarlas después de haber realizado el cálculo.
En la figura se observa el resultado obtenido para la simulación de los efectos obtenidos
para una chimenea
Figura 2.- Resultados obtenidos para la simulación de los efectos de una chimenea
mostrado como líneas, coloreado y malla numérica.
El programa permite trabajar con mapas de Google para lo cual es necesario usar
primero el navegador para dirigirse a la página de Google maps. En la figura se muestra
el resultado de una simulación que se ha exportador a BMP con el CUSTIC
Figura 2.- Resultados obtenidos para una simulación obtenida con el programa
CUSTIC superpuesta a los mapas de Google.
4.- OBJETIVOS DE LA METODOLOGÍA DE LA UTILIZACIÓN DEL
PROGRAMA DE SIMULACIÓN.
Con esta metodología activa se pretende el desarrollo por parte del alumno de
competencias tanto genéricas como transversales y específicas, a través de un trabajo
continuado sobre un mismo caso a lo largo de todo el período lectivo, en el seno de un
grupo de pequeño tamaño. Dentro de las capacidades genéricas y transversales a
desarrollar destacaríamos el trabajo en equipo, la planificación de tareas y consecución
objetivos parciales, la comunicación oral, capacidad de buscar y manejar información,
la toma de decisiones, la discusión crítica de resultados. Esto permitirá al alumno
alcanzar habilidades sociales tan demandadas por la empresa a la hora de encontrar
trabajo. Entre la competencias específicas de la asignatura en concreto podríamos
destacar: entender las diferencias que se establecen entre distintos combustibles en
cuanto a emisiones producidas, influencia de los parámetros meteorológicos, relevancia
que las condiciones de la atmósfera receptora local tiene en la dispersión de
contaminantes, evaluar la importancia del tráfico rodado en la calidad del aire… y la
afección medioambiental de todo ello.
Con todo ello se pretende se pretende una actualización y renovación de la docencia
teniendo por objetivos fundamentales:
Motivar y despertar el interés de los alumnos hacia la asignatura.
Favorecer una actitud activa del alumno hacia el aprendizaje de la asignatura,
incrementando el trabajo en el aula
Fomentar la asistencia a clase y con ello reducir las tasas de fracaso.
Aplicar los conceptos explicados en las clases teóricas a problemas reales
simplificados.
Concienciar a los alumnos de la problemática ambiental.
Favorecer la iniciativa, espíritu crítico y análisis de resultados
Desarrollar habilidades relacionadas con dinámicas de grupos.
Adaptar la metodología y posibilidades de la simulación al EEES.
Estos objetivos a alcanzar serían tanto para el profesor como para el alumno.
5.- METODOLOGÍA UTILIZADA EN LA APLICACIÓN DEL PROGRAMA DE
SIMULACIÓN
Con la utilización del programa DISPER 4.0 en la docencia de la asignatura Ingeniería
Medioambiental pretendemos que la simulación se convierta en un nuevo recurso
didáctico dentro de la docencia universitaria al tiempo que en un nuevo modelo de
metodología y apoyo real en el aprendizaje para el alumno universitario.
Realización de trabajos en grupo y presentación de los mismos en el aula. A comienzo
de curso se presenta un trabajo de Evaluación de Impacto Ambiental. En la realización
del trabajo será necesario predecir los impactos ambientales sobre el aire debido a la
actividad. Para ello se hará uso del programa de simulación. Se asigna un espacio virtual
para cada grupo (formado por 4 ó 5 alumnos) utilizando los recursos que proporciona la
plataforma Moodle. Se establecerá un organigrama del trabajo a realizar y unas fechas
fijas en las que los grupos deben reunirse con su profesor-tutor. Con esta actividad se
pretende: fomentar las capacidades asociadas a trabajo en grupo (organización,
comunicación y liderazgo), incentivar al alumno, favorecer el juicio-crítico, aumentar la
participación en el aula, mayor desenvoltura a la hora de defender ideas, favorecer la
interacción profesor-alumno y la retroalimentación de conocimientos entre profesor y
alumno.
La asistencia a las clases teóricas y a las prácticas es fundamental para comprender la
asignatura. Durante las clases teóricas el alumno aprende conceptos teóricos aplicados a
casos prácticos, junto con el manejo del software.
Las etapas que configuran la aplicación de la metodología son las siguientes:
1) El profesor construye los casos. Prepara para cada grupo un problema real
simplificado en los que se debe hacer un estudio de impacto ambiental y en el
que se utilizará la simulación para estimar la contaminación atmosférica y
acústica.
2) El profesor enuncia o presenta el problema al alumno. Hace una exposición
clara de la metodología (calendario, criterios de evaluación…) y referencia a los
conocimientos teóricos necesarios para la realización del caso prácticos. Estos se
van desarrollando en las clases teóricas.
3) Trabajo personal y grupal. El alumno después de comprender el problema,
inicia el estudio de las tecnologías necesarias para su resolución. El trabajo en
grupo obliga a los estudiantes a planificar sus actividades, tomar acuerdos,
discute, toma acuerdos, distribuirse tareas, formula nuevos temas de
aprendizaje… y aplican los conocimientos adquiridos. De esta forma se
aprovecha el potencial y la eficacia de un trabajo organizado [5,6]
4) Acción tutorial. En las consultas a tutorías el profesor hacer un seguimiento
del trabajo de grupo. Detecta malfunciones y resuelve las dudas técnicas y
dificultades encontradas por los alumnos. Si hubiera conflictos en el grupo los
solucionaría. También comprueba que se van consiguiendo los objetivos
parciales planteados. La consecución de los objetivos esta
5) Presentación de resultados. Los alumnos deben presentar un documento
escrito con el informe técnico del problema propuesto. Las directrices para la
realización de dicho informe debe elaborarlas el profesor. El grupo también debe
preparar una exposición oral ante toda la clase donde expongan públicamente
sus resultados. Las directrices para dicha exposición también debe guiarla el
profesor.
6.- Evaluación de las competencias, que valoran no sólo los resultados de
aprendizaje, sino también la contribución al proceso grupal y el desarrollo de
habilidades personales. El informe de la práctica de laboratorio se evalúa por
grupo y corresponde a un 30 % de la nota total.
6.- RESULTADOS
Con el fin de conocer la opinión de los alumnos respecto a la aplicación de la
metodología se ha realizado una encuesta de opinión que refleja un grado de
satisfacción el alumnado superior al 90%. Aspectos positivos a destacar son:
El método activo utilizado ayuda al alumnado a llevar la asignatura al día.
Ha facilitado la comprensión y asimilación de los conceptos básicos de la
asignatura, así como los cálculos numéricos que deben realizarse en la
resolución de los problemas. Todo ellos ha hecho que les resulte más atractiva.
La simulación permite probar distintas posibilidades y llegar a determinadas
conclusiones que serían imposibles sin la ayuda informática. La simulación hace
posible el “autoaprendizaje”.
El trabajo en grupo está muy bien valorado por el alumnado, ya que resuelve
muchas dudas entre ellos y trabajan en un ambiente en equipo que les resulta
agradable.
Para el profesor también hay aspectos a destacar:
Aumento de la tasa de seguimiento de las prácticas. Sólo un 5% del alumnado
no asistió.
Mayor asistencia clase disminuyendo la tasa de abandono de la asignatura.
Gran aumento en la tasa de asistencia a las tutorías voluntarias. Superior al 40%.
Los alumnos aprender a buscar información
Los resultados de los alumnos en la evaluación final mejoran los resultados
obtenidos en años anteriores en los que no se ha hecho uso de los programas de
simulación.
Entre los aspectos negativos tendríamos para el alumnado:
Todos coinciden que este nuevo modelo les obligar a dedicar a la asignatura
muchas más horas que las que en principio se destinan a los créditos prácticos.
A veces se pierden cuando se conectan a Internet y pasan más tiempo que el
deberían.
Para el profesor también tenemos aspectos negativos:
Debido al gran número de alumnos hay un gran número de grupos, y el número
de horas que se debe dedicar a las tutorías es muy elevado.
Dificultades para evaluar la participación individual del alumno
7.- CONCLUSIONES
Los resultados presentados permiten extrae una serie de conclusiones:
La experiencia ha sido en general positiva, tanto para los alumnos como para los
profesores.
La aplicación de la simulación en la asignatura de Ingeniería Medioambiental de
la Escuela Politécnica de San Sebastián ha mejorado el rendimiento del alumno
y su interés por la materia.
Esta metodología desarrolla el pensamiento crítico de alumno, la adquisición de
habilidades interpersonales y de trabajo en equipo.
Es necesario trabajar con grupos de prácticas con un número de estudiantes
pequeño, menor de 25, para poder realizar un buen seguimiento.
8.- BIBLIOGRAFÍA.
B Santos, Y. Bueno, I. de Pablo, F. Borrajo. “Innovación en Docencia Virtual:los
Simuladores de Gestión Empresarial”. ADA Madrid.
B Amante, “Aceptación de la metodología de aprendizaje colaborativo en diferentes
ciclos de carrera técnicas”. Cuadernos de Innovación Educativa en las Enseñanzas
Técnicas Universitarias, 1 pp.65-74, (2007)
Canarina. Disper. Software AmbientalVersión 4.0 www.canarina.com.
Canarina Custic. Aplicación informática para la simulación por ordenador de la
contaminación acústica. www.canarina.com.