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Ficha Proyecto I.E. 2009-2010



Coordinador(a): FELIPE GABALDON CASTILLO
Centro: ETSI CAMINOS C. P.
Nivel:
Código:
... memoria no disponible
Línea:
Palabras clave:
  • Aprendizaje Activo
  • Aprendizaje Basado en Problemas
  • Desarrollo de TIC's
  • Elaboracion material docente
  • Material Multimedia
  • OpenCourseWare
  • Uso de TIC
Miembros de la comunidad UPM que lo componen
Nombre y apellidos Centro Plaza *
JUAN JOSE ARRIBAS MONTEJO ETSI CAMINOS C. P. PRF.COLABORADOR
JUAN CARLOS GARCIA ORDEN ETSI CAMINOS C. P. TITULAR UNIVERSIDAD
JOSE MARIA GOICOLEA RUIGOMEZ ETSI CAMINOS C. P. CATEDRATICO UNIVERSIDAD
IGNACIO ROMERO OLLEROS ETSI INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD
FELIPE GABALDON CASTILLO ETSI CAMINOS C. P. TITULAR UNIVERSIDAD
* La plaza que se muestra corresponde a la ocupada en el momento de la convocatoria
(para PDI/PAS de la UPM, en el resto de casos no se especifica).
Lineas de trabajo principales en las que incide
Línea 3. Mejora del proceso educativo a nivel de asignaturas de grado y postgrado
- Desarrollo de material docente para la Red
Descripción del desarrollo y las fases
RESUMEN DEL PROYECTO

Desde hace años, las "Prácticas de Mecánica Computacional":

http://w3.mecanica.upm.es/mecanica/practicas-mc.html

forman parte de la asignatura "Mecánica" de 2º curso de la carrera de Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos de la UPM, con un peso del 10% sobre la calificación de la asignatura. En estas prácticas se resuelven problemas de Mecánica similares a los que se proponen en los exámenes convencionales y/o se resuelven en las clases "de tiza y pizarra", pero utilizando para ello programas de software libre junto con otros desarrollados en el Grupo de Innovación Educativa en Mecánica (EDUMEC). En el marco de estas prácticas se ha contado con la financiación de la UPM a través de dos proyectos de innovación educativa.

Con la posible financiación que se obtendría a través de este proyecto se pretende consolidar las Prácticas de Mecánica Computacional a través de dos logros:

  1. Actualización y puesta al día de las metodologías y materiales docentes desarrollados en años anteriores.
  2. Recopilación para la Red del material desarrollado en años anteriores y edición de un libro electrónico de "Problema de mecánica resueltos con ordenador".

Todo este material se dejará disponible a los alumnos en la página de la asignatura de "Mecánica" alojada en la Plataforma Institucional de Telenseñanza de la UPM desde el curso 2007-08, y en la asignatura "Mecánica" ya publicada en el Open Course Ware de la UPM (OCW-UPM).

Hay tres aspectos por los que esta propuesta nos parece innovadora:

  1. Utilización de una metodología para la docencia con la que los alumnos adquieren las competencias trabajando directamente con los conceptos básicos de Mecánica, sin distraerse en las operaciones matemáticas que pueden resultar tediosas. Esto se ve complementado con las capacidades para la visualizión tridimensional en el ordenador del movimiento de los sistemas mecánicos.
  2. Desarrollo de material docente y aplicaciones informáticas para la Red especialmente adecuadas para complementar el curso ya disponible en OCW.
  3. Dado que todas las aplicaciones informáticas a desarrollar en el proyecto están basadas en software libre, el alumno puede disponer libremente de ellas para trabajar en su casa sin estar condicionado por las licencias de uso que tienen los programas comerciales. Este punto es especialmente relevante con vistas a  la futura valoración en ECTS del trabajo del alumno.
OBJETIVOS DEL PROYECTO

El Grupo de Innovación Educativa en Mecánica lleva varios años aplicando herramientas basadas en software
libre a la docencia en Mecánica, mediante el desarrollo de las Prácticas de Mecánica Computacional (ver
http://w3.mecanica.upm.es/mecanica/practicas-mc.html). Es necesario destacar que para ello se ha contado con el soporte de la UPM a través dos proyectos financiados de innovación educativa:

  1. Aplicaciones del software libre a la docencia de la Mecánica, durante el curso 2005-06.
  2. Desarrollo de herramientas basadas en software libre y sus aplicaciones a la docencia en Mecánica, durante el curso 2006-07.

Estos proyectos han contribuido al alcance de los siguientes resultados:

  • Uso de una página web desarrollada por este Grupo de Innovación Educativa para la configuración interactiva de los grupos de prácticas, en las que los alumnos seleccionan por fecha y horario el grupo que más les conviene, y gestionan además los posibles cambios de grupo.
  • Entrega de los trabajos desarrollados por los alumnos y descarga del material docente  vía web.
  • Desarrollo propio de un software (en forma de una librería que hemos denominado "MECAPAC") para la definición, con instrucciones sencillas de alto nivel, de sistemas mecánicos de partículas y de sólidos rígidos.
  • Se han incluido la librería "MECAPAC" y todos los programas de ordenador que se utilizan en las prácticas (cálculo numérico, cálculo simbólico, representación gráfica de curvas y superficies, visualización y animación interactiva de sistemas de sólidos tridimensionales, etc) en una distribución linux. Esta distribución funciona de manera interactiva, sin necesidad de instalarla de manera permanente en el disco duro del ordenador, y se distribuye libremente entre los alumnos para que puedan trabajar en el ordenador de casa. Este punto será fundamental a la hora de valorar el trabajo de los alumnos en ECTS, en un futuro próximo.
  • Utilización parcial de la plataforma "moodle" de la UPM (Plataforma Institucional de Telenseñanza de la Universidad Politécnica de Madrid), desde el curso 2007-08, como herramienta de apoyo para la docencia de las Prácticas de Mecánica Computacional.

Con la financiación solicitada en la presente propuesta se pretende alcanzar los siguientes logros, dirigidos todos ellos a consolidar los resultados ya obtenidos en proyectos anteriores:

  1. Consolidación y actualización de los resultados obtenidos en años anteriores.Se pretende fundamentalmente:
    • Alojar en su totalidad las Prácticas de Mecánica Computacional en la plataforma moodle de la UPM, como parte de la asignatura Mecánica de 2º curso (ya alojada desde el curso 2007-08), abandonando los servidores locales del GIE. Se incluirá en aquella el material docente, el software desarrollado, la evaluación del trabajo realizado por los alumnos, las encuestas a los alumnos sobre la calidad de las Prácticas, etc.
    • Elaboración de videos explicativos tanto del uso del propio software como de las metodologías de solución de problemas de mecánica con el ordenador.
    • Añadir a las prestaciones de MECAPAC la capacidad de definición de sólidos arbitrarios por parte  del alumno.
    • Añadir a las prestaciones de MECAPAC un módulo de cinemática de sistemas de sólidos rígidos.
    • Actualización de  meKNOPPIX a una versión más moderna para que pueda reconocer el hardware de los ordenadores recientes y virtualización para su uso en plataformas Windows y Mac,además de linux (que ya está disponible).
    • Empaquetado del software en formato de distribuciones (linux) debian y rpm, para facilitar su instalación a los alumnos.
    • Adaptación del software de investigación propio EPI (http://w3.mecanica.upm.es/~juan/epi) desarrollado en C++ para el análisis de la dinámica de mecanismos flexibles, para su uso docente en Mecánica.  Para ello se confeccionará una pequeña librería de sólidos rígidos predefinidos (cilindros, esferas, conos) y se ampliarán las opciones de visualización (vector velocidad de rotación, momento cinético, visualización de fuerzas, etc). Este software se pretende que sea un complemento a MECAPAC para el estudio de mecanismos con elevado número de grados de libertad, en los que la eficiencia computacional de MECAPAC es menor.
  1. Recopilación y edición para la Red de material docente elaborado en años anteriores, con el fin de incorporarlo al Open Course Ware de la Universidad (OCW-UPM) y a la asignatura Mecánica ya disponible en la Plataforma Institucional de Telenseñanza (moodle) de la UPM. Este material recogerá en forma de libro electrónico la Guía de Aprendizaje, y una amplia colección de problemas de Mecánica resueltos por ordenador, empleando el software desarrollado por este GIE en los últimos años.
JUSTIFICACION DEL PROYECTO

ANTECEDENTES

Desde el curso 1990/91 (hace ya 19 años) los alumnos de Mecánica de 2º curso de la carrera de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos utilizan el ordenador para la solución de ejercicios de la asignatura. En las primeras prácticas, que eran de carácter totalmente voluntario, se abordaba la integración de la dinámica de sistemas de un grado de libertad, con métodos de Runge-Kutta, visualizándose como resultado las curvas correspondientes a la evolución de diversas variables frente al tiempo, la trayectoria en el espacio de las fases, etc. Se utilizaban las primeras versiones de un programa llamado PHASER, que se ejecutaba bajo el sistema operativo MS-DOS utilizando gráficos de baja resolución (las primitivas tarjetas gráficas CGA, precursoras de la tarjetas VGA). Como curiosidad, al buscar en Google las palabras "phaser" "runge" "kutta" hemos descubierto que este programa ha evolucinado, existiendo una versión actual del mismo, desarrollada con tecnología JAVA (http://www.phaser.com/).

SITUACIÓN ACTUAL

Actualmente, las "Prácticas de Mecánica Computacional" forman parte de la asignatura Mecánica de 2º curso de la carrera de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, con un peso del 10% en la evaluación de la asignatura. Con estas prácticas se resuelven en el ordenador problemas de mecánica similares a los realizados en las clases de pizarra y propuestos en los exámenes, con sistemas de sólidos rigidos tridimensionales que tienen varios grados de libertad. En la solución por ordenador se hace énfasis en las definiciones conceptuales de los modelos mecánica, y el ordenador actúa como una"caja negra" que integra numéricamente las ecuaciones diferenciales del sistema mecánico, permitiendo posteriormente, mediante animaciones generadas por el ordenador, visualizar interactivamente el movimiento y evolución de dicho sistema. Constan de cuatro sesiones de asistencia obligatoria impartidas en el Laboratorio de Mecánica Computacional (LMC), la entrega via web de un problema resuelto en casa (y/o en el LMC) por los alumnos, y un pequeño ejercicio que los alumnos resuelven en el LMC a modo de examen.

Desde sus orígenes en 1990 hasta la actualidad, las prácticas de mecánica computacional han ido evolucionando de modo que se han incorporado en ellas nuevas tecnologías que han permitido mantener al día tanto el contenido de las mismas, como las metodologías de aprendizaje que siguen los alumnos. En este
sentido consideramos que es necesaria la actualización permanente de las tecnologías ya consolidadas: uso de internet y de páginas web para la configuración interactiva de los grupos de prácticas, plataformas moodle para apoyo a la enseñanza, descarga a través de internet de material docente, uso y desarrollo de software libre para poderlo distribuir libremente entre los alumnos, etc. Y también es necesario incorporar nuevas prestaciones y capacidades: vídeos de apoyo, virtualización del software desarrollado para que pueda ser utilizado por los alumnos con independencia de los sistemas operativos con los que esten familiarizados (WINDOWS, MAC, OS), libros electrónicos con el material docente, guías de aprendizaje, etc.

En las siguientes páginas web se puede ver parte del material disponible, desarrollado por el Grupo de Innovación Docente en Mecánica:

  • Curso de Mecánica en OCW-UPM:
    • http://ocw.upm.es/mecanica-de-medios-continuos-y-teoria-de-estructuras/mecanica
  • Dsitribución meKNOPPIX (versión 5.1) de linux preparada específicamente para el desarrollo de las Prácticas de Mecánica Computacional:
    • http://w3.mecanica.upm.es/~felipe/
  • Mecapac (librería de alto nivel para la definición de sistemas mecánicos) y manuales de ususario:
    • http://w3.mecanica.upm.es/mecanica/practicas-mc.html
  • Ejemplos de modelos resueltos con Maple:
    • http://w3.mecanica.upm.es/mecanica/WEBMAPLE/main1.HTML

 JUSTIFICACIÓN

Este proyecto de innovación docente tiene como punto de partida los desarrollos realizados durante los últimos años por parte del "Grupo de Innovación Educativa en Mecánica" en una doble vertiente:

  1. Métodologías para la docencia de las prácticas de mecánica computacional basadas en internet y en software libre que está totalmente disponible para que los alumnos lo utilicen en la universidad y en casa.
  2. Una base de datos de más de 300 problemas de mecánica, similares a los resueltos en exámenes y en clases convencionales, pero resueltos con el ordenador. De esta manera las ecuaciones del movimiento se obtienen mediante librerías de alto nivel para la definición de sistemas mecánicos, basadas en sistemas de álgebra simbólica, dichas ecuaciones se integran numéricamente, y finalmente el movimiento del sistema mecánico se visualiza de manera interactiva en tres dimensiones.

Queda justificado, por tanto, consolidar las Prácticas de Mecánica Computacional como un complemento a la docencia con métodos clásicos, que amplía las posibilidades de los métodos clásicos de solución y familiariza al alumno con el uso de entornos de aprendizaje personal. Este aspecto es especialmente relevante a la hora de evaluar el trabajo personal del alumno en créditos ECTS, ya que el diseño de la metodología y material docente de las Prácticas de Mecánica Computacional está adecuado para que el alumno pueda hacer su trabajo personal en casa.

Asimismo, con el volumen de resultados disponible y la madurez de la impartición de las prácticas, creemos que es necesario:

  1. Elaborar un Guía de Aprendizaje de las Prácticas de Mecánica Computacional, que recoja el desarrollo de competencias del alumno, el plan de trabajo, la tutoría académica y el sistema de evaluación.
  2. Recopilar, revisar y poner al día los problemas resueltos por ordenador para fiinalmente realizar una documentación detallada de los mismos en forma de libro electrónico.

Este material quedará incorporado al curso OCW-UPM de Mecánica y en la asignatura Mecánica, alojada desde el curso 2007-08 en la Plataforma Institucional de Telenseñanza de la UPM (plataforma moodle).

FASES DEL PROYECTO

Para alcanzar los objetivos del proyecto se establecen cinco líneas de trabajo:

  1. Desarrollo y mantenimiento de un portal web con los contenidos de las Prácticas de Mecánica Computacional y el material docente correspondiente, alojado en la asignatura Mecánica del portal moodle de la UPM y en el curso Mecánica de Open Course Ware.
  2. Edición de un libro electrónico de problemas de mecánica resueltos con ordenador, elaborado a partir del material docente disponible de los años anteriores.
  3. Ampliación de las capacidades y prestaciones de la librería MECAPAC, para la definición de sistemas  mecánicos mediante intrucciones de alto nivel.
  4. Actualización de la distribución linux, ya elaborada con todos los programas necesarios para que los alumnos realicen las práctica de mecánica computacional, de libre distribución. Este punto queda justificado porque la versión actúal tiene cerca de tres años de antigueda, y ya presenta algunos problemas para reconocer el hardware de los ordenadores más modernos.
  5. Elaboración de una Guía de Aprendizaje de las Prácticas de Mecánica Computacional.

Las fases de las que consta cada una de estas líneas se describen a continuación.

1. PORTAL WEB

1.1. Integración completa de las Prácticas de Mecánica Computacional del curso 2009-10 en la asignatura Mecánica, que ya está alojada en la Plataforma Institucional de Telenseñanza de la UPM, y en la asignatura Mecánica disponible en OCW-UPM.
1.2. Elaboración de videos/animaciones explicativos.
1.3. Elaboración de un sistema interactivo de encuestas.
1.4. Integración del material elaborado en las fases 2, 3 y 4 del proyecto.

2. RECOPILACIÓN DE MATERIAL DOCENTE Y EDICIÓN DE UN LIBRO ELECTRÓNICO

2.1. Selección de problemas resueltos por ordenador para documentar y publicar.
2.2. Ordenación con criterios pedagógicos de los problemas seleccionados.
2.3. Documentación del material seleccionado.
2.4. Composición y edición de un libro electrónico de problemas de mecánica resueltos por ordenador.
2.5. Integración del libro electrónico en la plataforma moodle de la UPM y en el portal-web OCW-UPM.

3. MECAPAC

3.1. Ampliación de las capacidades de MECAPAC en cuanto a las metodologías de modelización de los problemas de Mecánica:

1. Definición de sólidos arbitrarios
2. Cinemática de sistemas rígidos
3. Modelos resueltos con mecánica newtoniana

3.2. Empaquetado de MECAPAC en formato .deb (paquete DEBIAN/UBUNTU) y en formato.rpm (paquete SUSE).
3.3. Integración en los portales web descritos en la Fase 1.

4. meKNOPPIX

4.1. Utilizando el material elaborado en las fases 1 y 2, y otro material ya disponible  se generará la versión 6.0 de meKNOPPIX (imagen iso para generar un CD/DVD).

4.2. Desarrollos y verificación de la versión 5.3 de meKNOPPIX para ejecutarla en escritorios virtuales WINDOWS, LINUX y MAC-OS, con el software de libre distribución "Virtual BOX".

4.3. Integración en los portales web descritos en la fase 1.

5. GUÍA DE APRENDIZAJE

5.1. Elaboración de una Guía de Aprendizaje de las Prácticas de Mecánica Computacional, para que el alumno disponga de toda la información relativa a la justificación de las prácticas y su relación con el Programa de la Asignatura, contenidos, competencias genéricas y específicas, estrategias de enseñanza-aprendizaje (métodos y técnicas, recursos, distribución de tiempos, etc) y el sistema de evaluación.

5.2. Edición de la guía en formato de libro electrónico (pdf, html, etc).

5.3. Integración en los portales web descritos en la fase 1.

EVALUACION DE RESULTADOS

Dado que en todas y cada una de las fases de este Proyecto se desarrolla algún tipo de material docente (ver apartado de "FASES" de la presente propuesta), el éxito del proyecto se establecerá de acuerdo con la finalización de los ocho bloques de material docente previstos en este proyecto (enumerados en el apartado "MATERIAL DOCENTE PARA RED INFORMÁTICA" de esta propuesta), y su carga en las asignaturas de "Mecánica" ya disponibles en la Plataforma Institucional de Telenseñanza  de la Universidad Politécnica de Madrid y en el portal OCW-UPM.