Una experiencia de adaptación de los seminarios de problemas de
Operaciones Básicas al EEES
Ibáñez González, M. José y Mazzuca, Tania.
Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Almería, 04120 Almería, España.
Resumen
Esta experiencia se centra en la asignatura de Operaciones Básicas que se imparte en la titulación de Ingeniero Técnico Agrícola en Industrias Agrarias y Alimentarías en la Universidad de Almería. En esta experiencia se muestra la adaptación al Espacio Europeo de Educación Superior de los problemas que tradicionalmente se han ido resolviendo en la pizarra. Es necesario realizar un cambio desde las clases expositivas de los problemas centradas en el profesor a un modelo de aprendizaje más centrado en los alumnos y buscando al mismo tiempo la utilización de las nuevas herramientas de comunicación. En este trabajo se ha buscado integrar la utilización de la técnica de aprendizaje cooperativo con el uso del aula virtual. La resolución de los problemas por parte de los alumnos ha sido llevada a cabo mediante una variante de la técnica del puzzle (rompecabezas) de Elliot Aronson (1978), denominada puzzle para problemas o puzzle-pro, en clases de problemas de dos horas (Armelin, E y Garcia Almiñana, D., 2004). Mientras que la difusión de los mismos se ha realizado con el uso del aula virtual. Se puede pensar que esta adaptación puede resultar más fácil y cómoda si se parte de un material ya existente, que de partida te da ánimos y seguridad para hacer el cambio; pero al final todo cambio lleva un gran esfuerzo.
Introducción
Una modificación de la técnica puzzle-pro aplicada a clases de problemas por Armelin y Garcia (2004) ha sido realizada a las clases de problemas de la asignatura “Operaciones Básicas”. Esta asignatura pertenece al plan de estudios de la titulación de Ingeniero Técnico Agrícola en Industrias Agrarias y Alimentarias de la Universidad de Almería (UAL). Es una asignatura trocal anual que se imparte en los dos cuatrimestres. El número de créditos totales es de 12 (6 teóricos y 6 prácticos). Los créditos prácticos se reparten en 3 créditos de prácticas y en 3 créditos de seminarios de problemas.
Una modificación de la técnica del puzzle-pro ha sido aplicada a los 1.5 créditos de problemas que se imparten en el segundo cuatrimestre. Por lo tanto, se han realizado siete seminarios de problemas utilizando la técnica puzzle-pro. Los temas de los seminarios han sido los siguientes:
1. Esterilización y Pasterización 2. Evaporadores
3. Congelación
4. Transferencia de Materia por Difusión 5. Transferencia de Materia por Convección 6. Extracción Sólido-Líquido
El número total de alumnos matriculados, en la asignatura durante el curso 2005/2006, ha sido de 38, de los cuales 11 no ha asistieron a clase durante el segundo cuatrimestre, representando el 28.9% de ausentismo. Del resto, 2 alumnos nunca participaron en los seminarios (5.3%) y 7 los abandonaron (18.4%). Por lo tanto los seminarios a lo largo del todo el segundo cuatrimestre fueron realizados por 18 alumnos que representaron el 47.3%.
Los seminarios de problemas se han realizado en dos horas y en dos turnos: los miércoles de 13:00 a 15:00 y los jueves de 9:00 a 11:00. En cada turno se han resuelto problemas distintos sobre el mismo tema. Generalmente, asistían entre 5-6 alumnos en el primer turno y entre 10-14 alumnos en el segundo turno. Al final, todos los ejercicios resueltos se mostraron en el aula virtual mediante la plataforma WebCT, para todos los alumnos que participaron en los seminarios.
Metodología
La metodología aplicada a los seminarios de problemas de la asignatura “Operaciones Básicas” es una modificación de la técnica puzzle-pro que Armelin y Garcia (2004) realizaron en los seminarios de problemas de su asignatura. La metodología aplicada ha sido la siguiente y es esquematizada en la Figura 1 para el seminario de problemas de extracción sólido-líquido:
1. Se prepara una relación de problemas con un número suficiente de ejercicios para que se puedan repartir en los dos turnos del seminario. Los ejercicios utilizados son, en gran parte, los ejercicios que se realizaban anteriormente como clases expositivas del profesor o lección magistral. El resto de ejercicios, hasta completar los dos turnos del seminario, son buscados por el profesor con un nivel similar. Todos los ejercicios tienen que ser realizados por los alumnos en menos de una hora, por lo tanto aquellos problemas largos se han desdoblado en dos.
El seminario siempre se realiza después de las clases teóricas correspondientes al tema; los alumnos disponen de la relación de problemas del seminario durante las clases teóricas. La relación de problemas debe tener como mínimo nueve problemas, normalmente dispone de más. Los ejercicios que no se resuelven en el seminario son resueltos antes, en las clases de teoría, como ejemplos explicativos de apoyo.
alumno conoce perfectamente lo que debe hacer y lo que viene a continuación.
3. Una vez formados los grupos se repartieron tres problemas por grupo, un ejercicio para cada alumno. En el primer turno se resuelven tres problemas y en el segundo turno se resuelven seis problemas. En la Figura 1 se observa que en el seminario de extracción sólido-líquido, en el primer turno se resolvieron los problemas P2-P4-P7 y en el segundo turno los ejercicios P3-P6-P8-P9-P10-P11. El número total de problemas que se resuelven por tema, en los dos turnos, es de 9. A la hora de asignar los ejercicios dentro de un grupo, el profesor tiene en cuenta que sean distintos para que abarquen en la mayor medida posible los objetivos básicos del tema. El problema asignado a cada miembro del grupo es realizado al azahar por el profesor. Es importante que los alumnos no elijan el ejercicio pues conocen la relación de problemas.
4. Todos los alumnos que tienen el mismo problema (que suelen ser dos) se reúnen para solucionarlo. Disponen de 55 min. Pueden utilizar los apuntes teóricos de clase y hacerle preguntas al profesor; aunque el profesor decidirá cual de los dos le hace la pregunta para constatar que el problema lo hacen entre ellos.
5. Cada alumno vuelve a su grupo y se explican entre ellos los problemas, disponen de 20 min (sobre 7 min por problema). Uno de los componentes del grupo tiene el rol de cronometrador del tiempo. Al explicarse los problemas, pueden hacerle alguna pregunta al profesor si al alumno que le corresponde no le da al resto de sus compañeros una explicación clara, pero solo en casos muy concretos, si el ejercicio presentaba un grado de dificultad elevado. De nuevo el profesor elegirá la persona que hace la pregunta para comprobar que el ejercicio es explicado a sus dos compañeros por igual. En ningún momento los alumnos toman notas de los ejercicios, solo atienden a la explicación de sus compañeros.
6. A continuación hay un descanso de 10 min. Es muy importante que el alumno pueda descansar. Antes de salir de clase el alumno le entrega al profesor el ejercicio que ha realizado en el Paso 4 y que ha explicado en el Paso 5.
7. Los alumnos vuelven a entrar a clase y realizan un examen corto de cuatro preguntas, dos preguntas por cada ejercicio que le han explicado. El examen corto dura 30 min. Disponen de 7,5 minutos por pregunta. En el examen corto los alumnos también disponen de los apuntes teóricos de clase. Durante la realización del examen el profesor corrige el ejercicio que el alumno ha hecho en el Paso 4, dándole una nota comprendida entre 0-2 puntos. En el anexo 1 se muestran los tres exámenes cortos que el profesor preparó para el seminario de extracción sólido-líquido.
el ejercicio si tienen que realizar alguna modificación para que sea expuesto en el aula virtual en la plataforma WebCT. Si no hay que hacer ninguna modificación directamente el profesor lo escaneará en formato pdf y lo mostrará en la plataforma WebCT. Los alumnos que tienen opción a mostrar su ejercicio en el aula virtual son aquellos que han alcanzado la puntuación más alta en el Paso 4, entre aquellos que han hecho el mismo ejercicio. Se mostrarán nueve ejercicios por seminario en el aula virtual, recibiendo el alumno una puntuación adicional entre 0-1 punto. Los ejercicios mostrados en la WebCT tienen la firma del alumno que lo ha realizado. Esto permite que el alumno tenga la opción de preguntar, si tienen alguna duda, al alumno que ha hecho el ejercicio o al profesor.
9. Los exámenes cortos deben de ser corregidos para la semana siguiente y el alumno debe tener opción a ver los fallos que ha cometido. Es importante también que para la semana siguiente, todos los ejercicios del seminario estén disponibles en la WebCT, para todos los alumnos que han participado. El alumno solo consigue la máxima nota si sus compañeros contestan bien a las preguntas del ejercicio que él ha explicado (0-2 puntos) y si su ejercicio se expone en el aula virtual (0-1 punto). Por lo tanto en esta metodología hay una interdependencia positiva tanto en el Paso 5 (cuando se explican entre ellos los ejercicios) como en el Paso 8 donde se muestran en la WebCT todos los ejercicios resueltos y realizados entre los dos turnos.
Criterios de evaluación
La nota de los seminarios, realizados por los alumnos, representa el 30% de la nota de la asignatura en el segundo cuatrimestre. El 20% se corresponde con las prácticas y el 50% restante el examen teórico. El 30% de la nota de los seminarios se desglosa de la siguiente manera:
(0-2) puntos La realización del problema que le ha tocado al alumno.
(0-4) puntos El examen corto formado por cuatro cuestiones de los dos problemas que sus compañeros de grupo le han explicado.
(0-2) puntos Las dos cuestiones que sus dos compañeros de grupo hayan resuelto correctamente, sobre el ejercico que él le ha explicado a ellos.
Indecencias durante la realización de los seminarios
Los seminarios a lo largo de el segundo cuatrimestre se realizaron aproximadamente cada dos semanas, y siempre después de haber recibido los alumnos los cocimientos teóricos. A lo largo de su realización se presentaron las siguientes incidencias:
1. Sublevación por parte del alumnado a partir del segundo seminario. No querían seguir participando en los seminarios alegando que tenían que estudiar continuamente y que tenían que dedicarle mucho tiempo a la asignatura. Preferían volver a la metodología tradicional expositiva en la que el profesor hace los problemas en la pizarra, aunque el profesor resolviera menos en esas dos horas.
2. Algunos alumnos no traían la relación de problemas de seminarios ni los apuntes teóricos.
3. Algunos alumnos no realizaban el examen corto del seminario.
4. Falta de conocimientos previos por no asistir a clase o por no haber revisado el material de teoría.
5. La distribución de los asientos y mesas en el aula (fijados al suelo) dificulta el trabajo en grupo.
Respecto a la primera incidencia, mi repuesta fue clara y contundente lo cual me permitió continuar con la metodología sin inconvenientes. Les aclaré que lo seminarios no eran obligatorios pero que representaban el 30% de la nota final del segundo cuatrimestre, pues se evaluaba el trabajo cooperativo que ellos realizaban y que no se podía evaluar mediante examen teórico. Podían aprobar la asignatura, con el examen teórico basado en problemas (de los cuales no podrían disponer en la WebCT porque no participaban en los seminarios) y con la parte de prácticas. Si en las horas dedicadas a los seminarios nadie quería realizar la metodología del puzzle-pro, siempre podían hacerlos ellos mismos de forma individual contando con mi ayuda. Y entre ellos si querían podrían darse las soluciones pero sin contar con la ayuda de la WebCT.
Tras dicha sublevación, añadí en el examen corto un lugar donde debían poner las horas de estudio que le dedicaban al seminario y la utilización de los apuntes de teoría.
Las incidencias 2, 3 y 4 las fueron resolviendo los propios alumnos a medida que los seminarios iban avanzados. De los 25 alumnos que empezaron la metodología la acabaron 18, solo un 18,4% la abandono.
Claves para un buen funcionamiento de la metodología
1. El alumno debe de participar durante todo el seminario.
2. El alumno debe de ser puntual y traer todo el material necesario: relación de problemas, apuntes de teoría y calculadora.
3. El alumno debe estudiar la teoría antes y entender los problemas que se resuelven en las clases de teoría.
4. El profesor debe ser rápido corrigiendo los exámenes cortos y decidiendo que ejercicios se van a mostrar en la WebCT. Esto es muy importante, pues el alumno necesita ver su esfuerzo compensado.
Resultados
La técnica puzzle-pro ha sido realizada por primera vez por los alumnos de Operaciones Básicas en el curso 2005/2006 no se disponen de otro datos. El número de alumnos que realizó cada seminario y la proporción de aprobados y suspensos se muestran en la Figura 2. A media que aumenta el número de seminarios se va reduciendo el número de alumnos que van participando pero va aumentando el número de alumnos aprobados. A partir del tercer seminario el alumno llega a comprender que esta metodología se va a seguir a lo largo de todo el cuatrimestre, de ahí que se encuentre el mejor resultado en el cuarto seminario. En este curso 05/06 aprobaron el segundo cuatrimestre el 61,1% de los alumnos que se presentaron a la asignatura o que participaron en los seminarios. Es decir solo se presentaron a los exámenes teóricos los alumnos que habían participado en los seminarios previamente. En cursos anteriores 03/04 y 04/05 aprobaron respectivamente el 25,0% y el 40,9%. Por lo tanto, este aumento en el porcentaje de aprobados puede ser debido al trabajo continuado que tienen que realizar los alumnos en los seminarios.
He de aclarar que la asignatura Operaciones Básicas es anual y está impartida por dos profesores, uno en el primer cuatrimestre y otro en el segundo cuatrimestre. La nota final de la asignatura es la correspondiente a la media de los dos cuatrimestres. Muchos de los abandonos, que tienen lugar en el segundo cuatrimestre, son de alumnos que no han aprobado en el primer cuatrimestre.
Hay que tener en cuenta, que todo cambio en la metodología de la enseñanza centrada más en los alumnos, no solo lleva consigo un cambio en la mentalidad del profesor que debe preparar nuevas actividades sino también lleva asociado un cambio en la mentalidad de los alumnos y en su disposición a las nuevas actividades. Sobre todo en este primer año que no tienen otro curso como referencia. Los alumnos han necesitado al menos de dos seminarios para empezar adaptarse a la nueva actividad.
que la actividad fuese desarrollada con éxito, el profesor ha tenido que corregir los exámenes cortos y los ejercicios resueltos por los alumnos en el menor tiempo posible. Por ultimo para terminar la actividad tuvo que elegir y escanear para colocar en la plataforma WebCT los ejercicios resueltos. Todo esto significó que el profesor estuviera totalmente dedicado a sus alumnos durante el segundo cuatrimestre. De ahí que para aprovechar más el tiempo y ser más ágil la actividad, el profesor utilizó los 30 min en los que los alumnos hacían el examen corto para corregir el ejercicio que habían resuelto en el paso 4. En definitiva el profesor necesita optimizar su tiempo en la medida de lo posible para poder dedicarse a otras tareas o a otras asignaturas.
Bibliografía
Aronson, E., Blaney, N., Sikes, J., Stephan, G., y Snapp, M.. (1978). The Jigsaw Classroom. Beverly Hills, CA: Sage Publication.
Primer turno Segundo turno
Grupo 1 Grupo 3 Grupo 5
Paso 3 Asignación
(5 min)
Grupo 2 Grupo 4
Alberto (P2) Vanesa (P4) Juan (P7) Alberto (P2) Vanesa (P4) Juan (P7)
Mª Mar (P2) Tania (P4) Antonio (P7) Mª Mar (P2) Tania (P4) Antonio (P7) Lupe (P3) Inma (P6) Claudio (P11) Lupe (P3) Inma (P6) Claudio (P11) Aida (P3) Sara (P6) Rebeca (P11) Santos (P8) Jose (P9) Olga (P10) Fran (P10) Santos (P8) Jose (P9) Olga (P10) Fran (P10)
Problema 2 Problema 3 Problema 8
Problema 4 Problema 6 Problema 9 Paso 4
Resolución (55 min)
Problema 7 Problema 11 Problema 10
Grupo 1 Grupo 3 Grupo 5
Paso 5 Explicación
(20 min)
Grupo 2 Grupo 4
Alberto Mª del Mar Alberto Mª del Mar
Aida Lupe Aida
Lupe SantosSantos
Vanesa Tania Vanesa Tania Sara Inma Sara
Inma JoseJose
Juan Antonio Juan Antonio Rebeca Claudio Rebeca Claudio Olga Fran Olga Fran P2 P7 P4 P2 P7 P4 P3 P11 P6 P3 P11 P6 P8 P10 P9 P8 P10 P9 Paso 7 Examen corto (30 min)
P1-P3-P5 P3-P6-P11 P8-P9-P10
P1 P5 P3 P1 P5 P3 P3 P11 P6 P3 P11 P6
Pas l en la p ebCT.
Esterilización y Pasterización (24 alumnos) Evaporadores (22 alumnos)
Congelación (20 alumnos) T. M. por Difusión (22 alumnos)
4,5% S
95,5% A
T. M. por Convección (16 alumnos) Extracción Sólido-Líquido (16 alumnos)
87,5% A 12,5% S
31,3% S
68,8% A
Deshidratación (17 alumnos)
23,5% S
76,5% A A es el porcentaje de aprobados con nota superior a 4.9.
S es el porcentaje de suspensos.
Figura 2. Distribución de alumnos aprobados y suspensos en los seminarios impartidos.
45,5% A
54,5% S 58,3% S
41,7% A
Anexo I
Asignatura: Operaciones Básicas Seminario: Extracción Sólido-Líquido Fecha: 17 Mayo 2006
Horas de estudios (eficaces) dedicadas al seminario:
Alumno/a:
Problema Resuelto: Problemas a Resolver: Grupo:
.- Se extrae aceite de pescado a partir cabezas de pescado pulverizadas que contienen un 60% es peso de sólido insoluble y 40% de aceite. La extracción debe realizarse en una batería de contacto múltiple consistente en dos etapas de equilibrio, añadiendo disolvente puro por etapa. La alimentación es de 1000 kg/h de cabezas de pescado y el caudal de disolvente puro es de 500 kg/h en cada etapa. La corriente inferior procedente de cada etapa contiene 0,41 kg de disolución/kg de sólidos.
a) Dibuja el diagrama de flujo de forma detallada, la línea de retención y sitúa en el diagrama triangular las corrientes de entrada y el punto mezcla M1 (xSM1).
b) Calcula los caudales V1 y L1 y su composición en aceite para cada caudal (ys1 y
xs1).
4.- En una instalación de extractores en contracorriente se extrae aceite a 500 kg/h de milla que conteniendo un 30% en peso de aceite, se le extrae el aceite utilizando una
orri Se desea e
contenga un 40% en peso de aceite. En ensayos previos se h
retiene 0.6 kg de disolución por cada kg de sólido inerte, observándose que dicha relación se mantiene constante independientemente de la composición de la disolución. Supóngase que las corrientes extracto se encuentran totalmente libres de sólido inerte.
a) Dibuja la línea de retención y sitúa en el diagrama triangular las corrientes de entrada y el punto mezcla M (xSM).
b) Calcula el número de etapas reales necesarias, si su eficacia es del 70%.
7.- Se tratan 4000kg/h de hígado de bacalao usando éter puro como disolvente. La extracción se realiza en contracorriente, utilizando 2000 kg/h de éter puro. El hígado de bacalao contiene 0,30 kg or kg de hígado. Los experimentos realizados en el laboratorio dan los siguientes datos para construir la curva de flujo inferior:
xéter 0,2 0,2 ,17 0,15 0,10
2 de
se
c ente de 300 kg/h de hexano puro. obtener una corriente extracto final qu a establecido que el residuo
de aceite p
0
xaceite 0 0,10 0,20 0,30 0,40
a) Dibuja la línea de retención y sitúa en el diagrama las corrientes de entrada y el punto mezcla M (xSM).
b) Calcula el número de etapas teóricas ra un grado de agotamiento del 10% y la composición de V1 (yS1).
Asignatura: Operaciones Básicas Seminario: Extracción Sólido-Líquido
l seminario:
roblema Resuelto: Resolver: Fecha: 17 Mayo 2006
Horas de estudios (eficaces) dedicadas a
Alumno/a: P
Problemas a Grupo:
3.- Se ha encontrado que 200 kg de cuajada de caseina contiene, después de ser recipitada y escurrida tiene un 75% de líquido y que este líquido contiene un 20% de
6.- Se ma de
mú
carga d tiene 0,40 kg de aceite por kg de hígado agotado, deseándose btener un residuo con un 10% de aceite Un dato experimental de la línea de retención p
lactosa. La cuajada se lava dos veces con 200 kg de agua fresca cada vez. Suponer que después de lavar la cuajada su humedad permanece constante siendo del 50% cada vez.
a) Dibuja la línea de retención y sitúa en el diagrama triangular las corrientes de entrada y el punto mezcla M1 (xSM1).
b) Calcula los caudales V1 y L1 y su composición en caseina para cada caudal (ys1 y
xs1).
extrae aceite de pescado a partir de 200 kg /h hígados picados en un siste
ltiples unidades en contracorriente, utilizando 100 kg/h de éter como disolvente. La e sólidos con
o es:
Composición de la disolución (kg aceite/kg disolución)
Solución retenida
(kg disolución/kg hígado extraído)
0,1 0,34
a) Calcular a partir del dato experimental de la línea de retención: xS y xD.
Calcula X
b) mero de etapas teóricas.
11. do
uo contien 0 kg de ac
Dibuja línea de rete y sitúa e iagrama triangular las corrientes de entrada y el punto mezcla M (xSM).
S0, el punto M (xSM) y el nu
El tung
- es un árbol chino de cuya semilla se obtiene un aceite amarillo utiliza para barnizar y pintar. Las semillas de este árbol contienen un 30% de aceite. La extracción se realiza en un sistema en contracorriente, donde son tratados 5000 kg/h de semillas con 3000 kg/h de hexano que contienen un 10% de aceite. La cantidad de solución retenida por los sólidos inertes es de 1 kg disolución/3 kg inerte. Calcular el mero de etapas reales, sabiendo que la eficacia global del sistema es del 50% y que el nú
resid e 30 eite.
a) la nción n el d
Problema Nº6
0,0 0,1 0,2 0,7 0,8 0,9 1,0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,3
signatura: Operaciones Básicas Seminario: Extracción Sólido-Líquido Fecha: 17 Mayo 2006
Horas de estudios (eficaces) dedicadas al seminario:
Alumno/a:
Problema Resuelto: Problemas a Resolver: Grupo:
A
8.- Se extrae aceite de hígado de pescado en un aparato de extracción continuo en contracorriente, empleando como disolvente éter etílico con un 5% de aceite. Al sistema de extracción entran 800 kg/h de hígados que contienen el 30% en peso de aceite (sobre base libre de disolvente). La cantidad de disolvente empleado es de 500 kg/h, y la composición del refinado separado como flujo inferior es del 10% en peso de aceite. La composición de la línea de retención viene dada por los siguientes datos experimentales:
xéter 0,2 0,2 0,17 0,15 0,10
xaceite 0 0,10 0,20 0,30 0,40
a) Dibuja la línea de retención y sitúa en el diagrama triangular las corrientes de entrada y el punto mezcla M (xSM).
b) Calcula el número de etapas teóricas para un grado de agotamiento del 10% y la composición de V1 (yS1).
.- En la obtención de café soluble, los sólidos solubles se extraen con agua. Esta xtracción se realiza en una etapa de contacto simple, donde son tratados 3000 kg /h de
olido con 5000 kg/h de agua. El café tostado tiene un 20% en peso de sólidos solubles, mientras que su contenido de humedad es despreciable. De experimentos previos en el laboratorio se ha obtenido que la cantidad de solución retenida por los sólidos inertes es de 1,8 kg solución/kg inerte.
Calcular el porcentaje de sólidos solubles extraídos y el número de etapas necesarias sabiendo que la eficacia global del sistema es del 60%.
a) Dibuja el diagrama de flujo de forma detallada, la línea de retención y sitúa en el diagrama triangular las corrientes de entrada y el punto mezcla M1 (xSM1).
b) Calcula el porcentaje de sólidos solubles extraídos
10.- El tung es un árbol chino de cuya semilla se obtiene un aceite amarillo utilizado para barnizar y pintar. Las semillas de este árbol contienen un 30 kg de aceite por cada 70 kg de inerte. La extracción se realiza en un sistema de contacto simple repetido, donde son tratados 2000 kg/h de semillas con 3000 kg/h de hexano que contienen un 10% de aceite. La cantidad de solución retenida por los sólidos inertes es de 1 kg disolución/3 kg inerte.
a) Dibuja el diagrama de flujo de forma detallada, la línea de retención y sitúa en el diagrama triangular las corrientes de entrada y el punto mezcla M1 (xSM1).
b) Calcula los caudales V1 y L1 y su composición en aceite para cada caudal (ys1 y
xs1).
9 e
