Las nuevas generaciones de Ingenieros Químicos juegan un papel fundamental en la consecución de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) establecidos por las Naciones Unidas, impulsando iniciativas relacionadas con el crecimiento económico sostenido y la protección del medio ambiente. Sin embargo, esta nueva generación se ha desarrollo en un entorno digital y cuenta con unas habilidades tecnológicas que marcan un punto de inflexión en el planteamiento de nuevos enfoques didácticos adaptados a las características de los profesionales del futuro. Además, las nuevas generaciones de estudiantes se están formando en un entorno social con mayor preocupación medioambiental, en el que se están produciendo cambios de calado tales como nuevos modelos de movilidad sostenible en las ciudades o el impulso de nuevas fuentes de energía más limpias. En el ámbito de la ingeniería química los cambios están siendo muy importantes con el objetivo de transformar la industria hacia un modelo más sostenible. Los pilares de esta transformación están recogidos en los llamados "Principios de la Química Verde". Algunos ejemplos actuales de estos desarrollos de procesos químicos industriales más sostenibles son los procesos de obtención de biocombustibles o las nuevas tecnologías para la captura y el almacenamiento de CO2. Por ello, es necesario recurrir a metodologías que refuercen el pensamiento para el diseño sostenible, fomentando el empleo de nuevas tecnologías y el trabajo en entornos colaborativos, mediante el aprendizaje activo basado en la aplicación de conceptos fundamentales a casos prácticos relevantes.

En este sentido, la asignatura "Ingeniería de Procesos y Productos" (IPP), que se imparte en 4º curso del Grado de Ingeniería Química (GIQ), resulta crucial para la formación de los Ingenieros Químicos; en concreto, en ella se ponen en práctica todos los conocimientos adquiridos durante el GIQ, aplicándolos en el diseño de sistemas de producción que satisfagan las necesidades de la sociedad. Siendo conscientes de las características de nuestro alumnado, en el curso académico 2017/2018 se emprendió un proyecto de innovación educativa para adaptar la asignatura de IPP a nuevas modalidades de enseñanza; en particular, implementando el aula invertida para ilustrar el empleo de nuevas herramientas de simulación de procesos, planteando nuevas tareas para que los alumnos desarrollen proyectos de diseño de procesos y productos trabajando en equipo, así como introduciendo gradualmente nuevas actividades de gamificación para favorecer las competencias transversales. Actualmente, alineándonos con los compromisos de la UPM para el cumplimiento de los ODS, se pretende dar un paso más mediante un nuevo proyecto de innovación docente, apostando por un plan de actuación que impulse la mejora de la percepción del concepto de sostenibilidad entre nuestros estudiantes.

De este modo, para llevar a cabo  la integración de los principios y valores de la sostenibilidad en la asignatura de IPP, se propone emplear la metodología de design thinking para la resolución de problemas abiertos de diseño de procesos y productos químicos sostenibles mediante aprendizaje activo fomentando la creatividad, la innovación, el pensamiento crítico y el trabajo en equipo. Para ello, se introducirán conceptos relacionados con los Principios de la Química Verde, Ingeniería Sostenible y nuevos reglamentos ambientales sobre regulación de compuestos químicos nocivos en la industria (como el reglamento REACH de la Unión Europea). Asimismo, se fomentará el empleo de herramientas computacionales de simulación avanzada (COSMO-RS y Aspen Plus) con una orientación eminentemente práctica para la predicción de propiedades físico-químicas, el estudio del comportamiento termodinámico y la evaluación del perfil ambiental de sistemas de interés industrial, permitiendo desarrollar nuevas estrategias disruptivas para la creación de procesos y productos sostenibles.

De este modo, el presente proyecto de innovación educativa potenciará las competencias transversales de nuestro alumnado desde distintas perspectivas. En concreto, en línea con las competencia propuestas por ABET, se potenciarán habilidades relacionadas con  el diseño de procesos considerando aspectos técnicos, económicos y ambientales; promoviendo el trabajo en equipo y la comunicación; identificando, formulando y resolviendo problemas de ingeniería, mientras se comprenden sus impactos en el contexto global; concienciando de la responsabilidad ética y profesional del ingeniero químico; y promoviendo el empleo de herramientas avanzadas de computación para la práctica ingenieril. Asimismo, se potenciarán otras competencias promovidas por la UPM incluyendo la capacidad de organización, planificación y creatividad de los estudiantes.

Por último, cabe destacar que a lo largo de todo el proyecto, esta tipología de aprendizaje basada en design thinking se complementará con otras experiencias de carácter audiovisual (fomentando el aula invertida mediante la realización de guías audiovisuales o screencasts), el aprendizaje basado en proyectos (enfatizando la aplicación práctica de los contenidos académicos), actividades de gamificación (emulando el entorno de equipos de trabajo reales) y el aprendizaje en entornos colaborativos (vinculado al potencial de las nuevas tecnologías y del trabajo en equipo). Además, durante todas las etapas del proyecto se tendrá muy presente la corriente pedagógica del constructivismo, potenciando la participación activa e interactiva del sujeto, fomentando su pensamiento crítico y favoreciendo el desarrollo holístico del estudiante bajo el marco de la educación para la sostenibilidad.

• Fomentar la educación para el desarrollo sostenible introduciendo criterios ambientales que complementen a los criterios tecno-económicos en el diseño de nuevos procesos y productos químicos. (Competencias: [Es responsable] [Entiende impactos])
• Promover el aprendizaje para el diseño y evaluación de nuevos procesos y productos químicos sostenibles mediante la resolución de problemas abiertos de ingeniería química (Competencias: [Diseña] y [Resuelve])
• Potenciar capacidades técnicas (hard skills) relacionadas con el manejo de herramientas computacionales avanzadas para el diseño de procesos y productos, como piedra angular en la formación de los ingenieros químicos del futuro. (Competencia: [Usa herramientas])
• Potenciar habilidades interpersonales (soft skills) para desarrollar capacidades relacionadas con la comunicación, el liderazgo, la creatividad y el trabajo en equipo, indispensables para el desarrollo profesional de las nuevas generaciones. (Competencias: [Trabaja en Equipo]; [Comunica]; [Organiza]; [Idea])

El planteamiento de este proyecto supone un paso más en el refinamiento del enfoque didáctico de la asignatura IPP, potenciando un carácter fundamentalmente práctico que prepare a los alumnos del grado en Ingeniería Química para el ámbito profesional. Se introducirán conceptos relacionados con la Química Verde e Ingeniería Sostenible, fomentando la conciencia medioambiental del alumnado y la educación para la sostenibilidad. Asimismo, se fortalecerá el empleo de herramientas computacionales indispensables en la nueva era tecnológica y se consolidarán nuevas metodologías fundamentadas en design thinking, promoviendo el aprendizaje basado en proyectos y el desarrollo de actividades en entornos colaborativos. Además, se continuarán implementando actividades relacionadas con aula invertida y gamificación que potencien el desarrollo de las capacidades transversales de los estudiantes mientras se fomenta su motivación, atención y aplicación de los conceptos aprendidos durante el grado para resolver problemas reales de la industria química desde la perspectiva de la sostenibilidad.

Fase 1. Definición de material didáctico a elaborar y casos de estudio a documentar (Mes 1)

Se definirá el nuevo material didáctico a elaborar para facilitar el proceso de enseñanza y aprendizaje de fundamentos de química verde, ingeniería sostenible y herramientas de simulación.

Se seleccionarán distintos procesos y productos de interés industrial a emplear como referencia para ilustrar el empleo de herramientas de computación avanzada en ingeniería sostenible.

Fase 2. Elaboración del material didáctico. (Meses 2-4)

Se elaborará nuevo material docente para introducir los 12 Principios de Química Verde y fundamentos de Ingeniería Sostenible.

Se desarrollará material audiovisual para ilustrar el empleo de herramientas avanzadas de simulación computacional (manuales de usuario o videotutoriales con ejercicios resueltos mediante screencasts) que se puedan emplear en actividades de aula invertida durante la asignatura.

Se plantearán una serie de tareas relacionadas con cuestiones de sostenibilidad y retos específicos de diseño que los alumnos deberán realizar para familiarizarse con el concepto de ingeniería para el desarrollo sostenible.

Se producirá una guía de recursos para el ingeniero químico donde se recopilarán referencias bibliográficas y páginas web con información de utilidad para elaborar las bases de diseño y la síntesis conceptual de procesos y productos sostenibles.  

Fase 3. Documentación de proyectos a desarrollar como base de la asignatura, integrando computacionales avanzadas, enfocados al diseño de procesos y productos sostenibles. (Meses 5-7)

Se recopilará información bibliográfica para plantear una serie de proyectos abiertos relacionados con el diseño de plantas industriales sostenibles, que los alumnos deberán abordar mediante design thinking en distintos grupos de trabajo durante la asignatura. Los equipos de trabajo deberán realizar el diseño conceptual, simulación y evaluación de tales proyectos empleando herramientas de simulación molecular y de procesos, considerando aspectos técnicos, económicos y ambientales.

Fase 4. Preparación de actividades de gamificación. (Meses 8-9)

Se definirán actividades de gamificación relacionadas con los distintos roles que los alumnos deberán desempeñar durante la elaboración de sus proyectos, basadas en dinámicas de trabajo en equipo emulando entornos laborales. Asimismo, se concretarán distintos esquemas de evaluación y recompensa para reconocer la contribución individual de cada miembro dentro del grupo. Finalmente, los distintos grupos deberán presentar y defender sus proyectos ante potenciales inversores (compañeros y profesores de la asignatura), poniendo en práctica sus habilidades de liderazgo y comunicación.

Fase 5. Implementación y evaluación de las nuevas metodologías de trabajo.

El proyecto se pondrá en práctica durante el primer semestre del curso 2019/2020 y se evaluará al final de la asignatura desde distintas perspectivas (desarrollo de competencias transversales, calificaciones de los proyectos, encuestas de satisfacción del alumnado, entrevistas con delegados/representantes de estudiantes, etc.)

Recursos necesarios:

• Plataforma Moodle
• Recursos bibliográficos para documentar los distintos casos de estudio y proyectos
• Sistema de grabación de vídeo mediante screencasts

Material docente a elaborar:

• Presentaciones para ilustrar fundamentos de química verde, ingeniería sostenible y herramientas de simulación
• Manuales de usuario o videotutoriales con ejercicios resueltos mediante screencasts
• Guía de recursos para el ingeniero químico
• Tareas vía Moodle proponiendo cuestiones relacionadas con ingeniería sostenible
• Proyectos para el trabajo conjunto de diseño de productos y procesos empleando herramientas de simulación avanzada
• Instrucciones para llevar a cabo las distintas actividades de gamificación

Fase 1. Definición de material didáctico a elaborar y casos de estudio a documentar (Mes 1)

Reuniones iniciales de coordinación de contenidos, elaboración del diagrama de Gantt del proyecto y asignación de tareas.

Fase 2. Elaboración del material didáctico. (Meses 2-4)

Reuniones semanales de seguimiento para evaluar los avances en el proceso de elaboración del nuevo material docente: presentaciones para ilustrar fundamentos teóricos, preparación de manuales de usuario o videotutoriales con ejercicios resueltos, producción de una guía de recursos para el ingeniero químico y planteamiento de tareas vía Moodle.

Fase 3. Documentación de proyectos a desarrollar como base de la asignatura, integrando computacionales avanzadas, enfocados al diseño de procesos y productos sostenibles. (Meses 5-7)

Reuniones semanales de seguimiento para evaluar información bibliográfica relacionada con el diseño de procesos y productos sostenibles, y elaboración de problemas de diseño abiertos que sirvan como base para el trabajo en equipo mediante design thinking durante la asignatura.

Fase 4. Preparación de actividades de gamificación. (Meses 8-9)

Reuniones para determinar los roles, mecanismos de co-evaluación y sistemas de recompensa en las actividades de gamificación.

Fase 5. Implementación y evaluación de las nuevas metodologías de trabajo. (Curso 2019/2020)

Sesiones de evaluación de competencias transversales del alumnado durante la asignatura.  Encuesta al alumnado sobre la utilidad del nuevo material pedagógico elaborado. Entrevista con representante de alumnos para recibir feedback sobre la nueva metodología docente implementada.

Los productos resultantes del proyecto se plasmarán en forma de material didáctico de trabajo, que estará disponible on-line vía Moodle (dicho material estará compuesto por presentaciones, guías metodológicas con ejercicios resueltos, videotutoriales, tareas propuestas, proyectos para el trabajo conjunto de diseño de productos y procesos empleando herramientas de computación avanzadas, instrucciones para llevar a cabo las actividades de gamificación).

La divulgación prevista para este proyecto incluirá la presentación de una comunicación en un congreso de educación, nacional o internacional. Además, se contemplará la posibilidad de elaborar un artículo para su publicación en una revista de referencia en el campo.

El proyecto será llevado a cabo íntegramente por el Grupo de Innovación Educativa, aunque se contempla colaborar con el Gabinete de Tele-Educación (GATE) dada su experiencia en apoyar iniciativas para la integración de nuevas tecnologías en plataformas institucionales de enseñanza. En cualquier caso, no se descartan colaboraciones puntuales con otros grupos que presenten experiencia en la aplicación de nuevas metodologías basadas en tipologías similares.