Docencia de la Termodinámica

TermoGraf es un simulador altamente interactivo que trabaja los conceptos correspondientes a las asignaturas de introducción a la Termodinámica, permitiendo completar las demostraciones y comportamientos de los sistemas termodinámicos con aplicación del primer y segundo principio.

Su diseño gira entorno al diagrama termodinámico, estimulando un aprendizaje simbólico mediante la visualización directa de las propiedades termodinámicas. Más aún, siguiendo criterios pedagógicos acordes al marco constructivista, las opciones de configuración permiten ir mostrando paulatinamente los conceptos termodinámicos que se van introduciendo en la asignatura. De esta forma, las tareas más complejas se realizan en ventanas especializadas que muestran los pasos a seguir y cómo resolver los errores que puedan producirse.

Entre otras funcionalidades, es posible visualizar gráficamente el concepto de área termodinámica (representando el trabajo de expansión/técnico o calor de un proceso), identificar el significado del trabajo adiabático, calcular los rendimientos de los ciclos, ajustar el balance de masas en un intercambiador o los balances de energía y entropía de los procesos. La versatilidad del editor de ecuaciones permite analizar conceptos como la variación del rendimiento o del trabajo neto de un ciclo en función de cualquier parametro (propiedad termodinámica o variable definida por el usuario), mostrando los resultados en gráficas personalizadas.

En resumen, las posibilidades que ofrece TermoGraf hace que sea adecuado en cualquier escenario del proceso de enseñanza/aprendizaje (clases teóricas, prácticas de simulación, trabajo en casa individual o en grupo, etc), incluyendo facilidades específicas para la docencia como la preparación de material docente o la corrección automática de ejercicios.

Clases presenciales

El uso de TermoGraf en el aula mediante video-proyección se refuerza con una serie de recursos:

• Selección de los elementos mostrados en pantalla, ocultando elementos innecesarios que actuarían de distractores durante la explicación.
• Configuración de colores, tamaño de texto y grosor de elementos gráficos para facilitar una correcta visualización en el aula.
• Facilidad máxima para construir, modificar y evaluar rápidamente ("en vivo") cualquier tipo de proceso o ciclo.
• Cambio inmediato de configuración: tipo de diagrama, sustancia, unidades, etcétera.
• Posibilidad de preparar una secuencia de pantallas (presentación de diapositivas) para exponer diversos ejemplos o los pasos sucesivos de resolución de un problema, evitando de esta manera tiempos muertos en la explicación.
• Opción de lápiz para resaltar, señalar o rotular sobre la pantalla los elementos que se deseen destacar.

Todo lo señalado se ejecuta de forma rápida y sencilla. Así, construir un ciclo cuesta unos segundos más que dibujarlo en la pizarra pero con la ventaja de que al mismo tiempo disponemos de información y capacidad de variación en tiempo real de todas y cada una de las variables.

Otro recurso adicional muy útil se presenta con la ventana "Barrido" que, a partir de la variación de una propiedad termodinámica, crea una tabla de datos y un sistema de gráficas para representar la dependencia entre cualesquiera variables. De este modo se puede analizar, por ejemplo, la variación del trabajo neto de un escalonamiento en una turbina de vapor en función de la relación de presiones para una temperatura máxima de ciclo prefijada.

[Ver video-tutorial de creación de tablas y gráficos]

Preparación de material docente

La gran facilidad para importar y exportar imágenes y diagramas hace sumamente simple la creación de material digital de alta calidad para la preparación de apuntes, guiones de prácticas o artículos de investigación.

Una herramienta muy útil en la preparación de materiales es el botón "Copiar imagen" para obtener una imagen de las distintas gráficas/tablas y poder pegarla directamente en el texto docente. La ventana "Exportar/Imprimir imagen" ofrece posibilidades avanzadas para imprimir estas imágenes o copiarlas a otros documentos.

Laboratorio virtual

La preparación de un guión de prácticas con TermoGraf es una operación sumamente sencilla que permite trabajar una serie de sesiones prácticas de apoyo adaptadas al ritmo de asignatura de modo que el horario, habitualmente preasignado, de la sala de ordenadores no lleve a la descoordinación teoría-prácticas.

En la red de colaboración están desarrollados diversos guiones con apoyo de animaciones y toma en tiempo real de datos personalizados que pueden servir de base para una práctica concreta. Entre otros:

• Conceptos básicos
• Calor, trabajo y primer principio
• Análisis del trabajo en procesos de compresión de gases ideales
• Procesos politrópicos y ciclo Otto
• Ciclo de Carnot
• Ciclo Rankine de potencia
• Ciclo de turbina de gas
• Ciclo de refrigeración

Trabajo individual del estudiante

Las numerosas opciones que proporciona TermoGraf no suponen un ejercicio pesado de aprendizaje pues éste se realiza de modo gradual siguiendo el ritmo de clase. Además del menú "Ayuda", con video-tutoriales paso a paso y guía de referencia, existen ayudas emergentes (tool-tips) en numerosos botones y una barra al pie de la ventana que recuerda todas las funciones de los diversos botones/herramientas.

A estas ayudas sobre el manejo del software se suman las ayudas en la resolución de cálculos especializados de termodinámica (intercambiadores, balances...) que guían al estudiante en la aplicación de los conceptos necesarios durante el proceso de resolución y le informan de las situaciones o cálculos erróneos.

Esto permite que, a lo largo del curso, el estudiante rentabilice notablemente su esfuerzo gracias al uso de una herramienta especializada de alta productividad y a la adquisición, mediante repetición, de una metodología de resolución de ejercicios termodinámicos.

[ Ver ejemplos de ejercicios ]

Trabajo guiado del estudiante

Además de las indicaciones que se ofrecen para la resolución de determinados cálculos, TermoGraf está dotado de un sistema de grabación de pantallas que, a modo de pase de diapositivas o slide show, permite presentar en una secuencia el algoritmo de resolución de un problema complejo, como por ejemplo la resolución de una instalación concreta.

La facilidad para incorporar textos e imágenes permite preparar materiales educativos de calidad de un modo sencillo. Por otro lado, la ventana "Enunciado" permite escribir el texto completo del enunciado del ejercicio cuando así se requiera.

[ Ver presentaciones de conceptos termodinámicos ]

Evaluación continua y corrección automática de ejercicios

La gestión de los ejercicios en TermoGraf está orientada a que el profesorado pueda estimular un trabajo progresivo, mediante evaluación continua o metodologías similares, que racionalice el esfuerzo del estudiantado a lo largo del curso sin que suponga un trabajo excesivo para el estudiante a la hora de resolver los problemas ni tampoco para el profesor en la preparación del material o en la corrección de los ejercicios. En concreto se facilita la corrección de cuestiones numéricas o literales de formas simple, rápida y segura, permitiendo así realizar satisfactoriamente una actividad continuada y evaluable.

TermoGraf permite la edición del enunciado y preguntas de un ejercicio, incorporando un sistema de corrección automático que evalúa en escasos minutos centenares de ejercicios. Es más, se facilita la creación de múltiples variantes de un mismo enunciado para que existan distintas respuestas a las mismas preguntas, con lo que se dificulta la copia (ya no sirven las respuestas del compañero) a la vez que se estimula el trabajo colaborativo (las preguntas son las mismas, por lo que se pueden discutir en grupo). La asignación de variantes se realiza con un sorteo determinista de mínimas posibilidades de coincidencia entre estudiantes, a la vez que se establece un alto sistema de seguridad (criptografía de alto nivel, verificación de identidad, etc) para minimizar el posible fraude en la resolución del ejercicio.

[ Ver ejemplos de ejercicios ]