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Esta propuesta de mejora se centra en las prácticas de Electrónica aplicada del Grado de Ingeniería Biomédica. Estas prácticas tienen un peso del 40% del total de la asignatura.
Para analizar la situación de partida y detectar evidencias sobre la posible necesidad de mejora de estas prácticas, realicé una encuesta al alumnado. La encuesta, los resultados y las reflexiones obtenidas se pueden ver en el siguiente enlace.
Antes de analizar las debilidades y fortalezas y realizar la propuesta de mejora, expongo una descripción de las prácticas de la asignatura. En esta descripción se exponen los resultados de aprendizaje, metodología, evaluación y contenido de la misma. Esta información se presenta en este apartado, ya que no aparece en el plan docente de la asignatura. La tienen los alumnos en el Campus Virtual de la asignatura y se les presenta el primer día de prácticas.
Resultados del aprendizaje de las prácticas
Al finalizar el proyecto el alumno será capaz de:
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Realizar una búsqueda de información relativa a un sistema electrónico biomédico.
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Analizar la información obtenida y realizar una síntesis.
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Extraer información relevante de una documentación científica en lengua inglesa, española y catalana.
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Explicar el diseño de un equipo biomédico a partir de los elementos básicos que lo componen.
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Explicar la importancia de los modelos eléctricos, con el fin de entender el comportamiento de un sistema biomédico.
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Utilizar el programa LTSPICE para estudiar y simular el comportamiento de circuitos.
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Explicar el funcionamiento de los sistemas electrónicos básicos basados en amplificadores (buffer seguidor, inversor, no inversor, instrumentación y transimpedancia).
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Trabajar con los equipos electrónicos básicos (generador de funciones, osciloscopio, multímetro y fuente de tensión).
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Caracterizar un sistema electrónico a partir de los equipos biomédicos básicos.
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Explicar el concepto de Diagrama de Bode y extraer información de estos diagramas.
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Diseñar y caracterizar filtros analógicos para la eliminación de ruido.
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Caracterizar un sistema biomédico (en este caso un potenciostato).
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Elaborar un informe técnico con una estructura de proyecto.
Contenido de las prácticas
A continuación, se muestra el contenido que se imparte en las prácticas de la asignatura. En este caso todo el contenido es esencial y cada sesión práctica tiene el mismo peso de cara a la evaluación final.
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Introducción al potenciostato.
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Tipos de biosensores
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Técnicas de medida
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Partes de un potenciostato
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Modelización y análisis de una celda electroquímica
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Modelo de Randles
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Análisis de circuitos basados en modelos
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Caracterización de una celda electroquímica
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Estudio en DC. Análisis transitorio y punto de trabajo.
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Estudio en AC
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Introducción al diagrama de Bode
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Estudio funcional de las etapas básicas de un potenciostato
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Seguidor de tensión.
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Amplificador inversor
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Amplificador no inversor
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Estudio funcional de un amplificador de transconductancia (TIA)
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Estudio avanzado de las etapas de un potenciostato. No idealidades
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Impedancia de entrada (Zin)
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Slew Rate (SR)
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Tensión de Offset (VOS)
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Ancho de banda (BW)
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Eliminación de ruido en los sistemas de medida
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Filtros de primer orden
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Filtros de segundo orden
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Estudio funcional de un potenciostato
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Circuito de control de potencial
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Circuito de medida de corriente
i. Basado en amplificador de instrumentación (IA)
ii. Basado en TIA
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Carga de trabajo del alumnado
Metodología, estrategias y actividades de enseñanza-aprendizaje
La metodología utilizada en esta asignatura se basa el aprendizaje basado en proyectos (PBL). Se plantea como proyecto el estudio e implementación de un potenciostato realizando las fases típicas de un proyecto. El profesor hará de supervisor del aprendizaje y tendrá que guiar al alumnado para garantizar el correcto desarrollo del proyecto. Se propone realizar el proyecto en 8 sesiones que temporalmente corresponderán a una o dos semanas lectivas por sesión. Únicamente las prácticas se basan en la metodología PBL. Al ser la primera asignatura de electrónica del grado, de momento no es posible implementar esta metodología en toda la asignatura. Por lo que las sesiones son bastante guiadas, pero igual en que el PBL, se les plantea un problema inicial y deben llegar a construir/diseñar el sistema propuesto.
En la primera sesión se les presenta un problema real, que con los conocimientos que tienen en ese momento, no pueden resolver. Los estudiantes deben de trabajar de forma autónoma, sin la ayuda del profesor. Se les da acceso a la información fundamental que deben adquirir durante el curso, de forma que sean capaces de solucionar el problema a nivel básico. En el laboratorio, los profesores solo actúan como guías, dándoles soporte con el fin de llegar al objetivo final. Las actividades propuestas van de menor a mayor dificultad, ayudando al proceso de aprendizaje.
Dado que la evaluación continuada es un punto clave, en cada sesión deben entregar un informe del trabajo realizado a lo largo de la semana, de esta manera se pauta el ritmo de trabajo y se evita que dejen todo el trabajo para el final.
Antes de cada sesión de laboratorio, los alumnos deben presentar, a través del Campus Virtual, un informe previo. Este informe previo consta de dos partes. La primera se basa en la búsqueda de información, donde los alumnos deben realizar un estudio del estado del arte, productos comerciales, búsqueda de artículos científicos buscando nuevas aplicaciones de la técnica, etc. La segunda parte del estudio previo contiene los cálculos y simulaciones eléctricas necesarias para que los alumnos puedan llegar a clase con el contenido claro y trabajado. En la sesión de laboratorio realizarán la parte experimental basándose en el estudio previo realizado, montan el circuito propuesto y obtienen los resultados experimentales. Después de la práctica deben presentar un informe experimental breve, donde presentan los resultados obtenidos y los comparan con los teóricos.
En la sesión 1 se realiza una introducción al potenciostato y a la metodología de las prácticas. Se le propone al alumno realizar unas lecturas previas para que entre en contexto. Se abre un foro en el campus en el cual deben debatir y exponer las dudas sobre el tema. Es obligatorio que cada grupo al menos publique un mensaje de calidad en el foro.
En la sesión 2 se trabajará con el simulador eléctrico LTSPICE, este simulador se utilizará para estudiar los circuitos y los conceptos que se trabajarán en el resto de sesiones. Se facilita a los alumnos un manual con ejercicios guiados que deben de seguir en la sesión experimental. Dos profesores están presentes en esta sesión con el fin de resolver las dudas que les surjan. Para que pongan en práctica el contenido explicado, deben realizar la simulación eléctrica en corriente continua (DC) y corriente alterna (AC) de un circuito concreto, llamado modelo de Randles. Se les pide que presenten una serie de gráficas y comenten los resultados obtenidos.
En la sesión 3 los profesores realizan una explicación de cómo montar una placa de pruebas con el fin de que los alumnos conozcan esta herramienta como primer paso para realizar la primera caracterización de un circuito. Adicionalmente, se les facilita un video explicativo donde se explica el mismo contenido. Además, en grupos se les explica el funcionamiento de los equipos electrónicos básicos y se utilizarán en el resto de prácticas. Los alumnos en esta sesión montan su primer circuito básico de forma autónoma y miden diferentes parámetros de forma experimental. Al haber realizado previamente las simulaciones tienen una guía del resultado que deben de obtener. Aunque deben avisar al profesor al final de cada ejercicio para que compruebe la correcta realización del mismo.
En las sesiones 4, 5 y 6 los alumnos trabajan con el mismo sistema de prototipaje que les permite comprobar el funcionamiento de los circuitos de forma rápida y para validar los conceptos no ideales de los circuitos electrónicos. En cada sesión simulan y prueban en el laboratorio diferentes circuitos electrónicos.
Igual que en las sesiones anteriores, en las sesiones 7 y 8 simulan una serie de circuitos, pero esta vez más complejos ya que se basan en un potenciostato. Debido a que este circuito es complejo y difícil de realizar en sesiones tan cortas, en las sesiones 7 y 8 utilizan una placa prediseñada que contiene un potenciostato y comprueban su funcionamiento. Esta placa se ha diseñado y elaborado de forma profesional y servirá como ejemplo de producto final de un sistema electrónico.
La finalidad de la metodología utilizada es que estudiantes trabajen de modo similar a como lo harán cuando se incorporen en el mundo laboral, donde deberán trabajar en grupos multidisciplinares en los que existirán “expertos” en cada materia, pero en los que todos los miembros del equipo deben saber la información general del proyecto.
El rol del docente es guiar a los estudiantes. El docente debe asegurar que todos los alumnos adquieran los conocimientos básicos. Es necesario crear buenos guiones de trabajo de forma que, cuando el alumno en un punto del trabajo se encuentre perdido, sea capaz de continuar hasta encontrar la solución al problema. El estudiante debe ser capaz de trabajar tanto de forma individual como de forma colaborativa. En un primer momento el alumno debe realizar una búsqueda de información individualmente, pero debe ser capaz de poner en común la información encontrada con sus compañeros y encontrar la solución al problema en grupo, resolviendo los conflictos que surgen durante todo el proceso.
La potencialidad de este método es que se basa en una forma de aprender más cercana a la realidad que se encontrarán cuando entren al mundo laboral.
Evaluación de los aprendizajes
El alumno tiene la posibilidad de acogerse a evaluación continuada o a evaluación única. En ambos casos las prácticas de laboratorio son obligatorias. A continuación, se detallan estas dos evaluaciones.
Detalle de las prácticas:
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Todos los elementos de evaluación de las prácticas requieren una nota mínima de 6,5 puntos sobre 10, excepto el examen práctico.
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La asistencia a las prácticas del laboratorio es obligatoria.
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Es imprescindible traer al día las diferentes tareas que se piden antes de venir al laboratorio.
Reevaluación
El examen de laboratorio es reevaluable y se puede recuperar, pero la nota de prácticas y los ejercicios trabajados durante el curso no son revaluables.
Evaluación única
Las prácticas de laboratorio tienen un peso total del 40% de la nota de la asignatura, y se divide en los siguientes bloques:
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Informe semanal 10%: Los alumnos, de forma semanal, entregan dos informes de prácticas. Un informe previo, que contiene simulación y los resultados de la búsqueda de información, y un informe experimental, que recoge los datos obtenidos en el laboratorio. La mayoría de resultados a presentar son cálculos, simulaciones y datos experimentales. Si dan el resultado correcto obtiene la máxima puntuación, si explican el procedimiento, pero el resultado no es correcto obtienen la mitad de puntuación. En el caso de no seguir el procedimiento correcto ni dar un resultado correcto la puntuación es nula. En el caso de la búsqueda de información, se valora que expliquen los puntos indicados y que la calidad del texto sea correcta.
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Informe final 10%: A medida que avanzan las prácticas, los profesores corrigen los informes indicando los puntos a mejorar. A final de curso los alumnos deben entregar un informe técnico final que contenga toda la información trabajada durante el curso en formato técnico. Se les da una plantilla de ejemplo que deben seguir. En este caso el profesor evalúa que el alumno haya introducido las mejoras indicadas y presente la información en el formato correcto.
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Examen individual 10%: El último día de prácticas los alumnos realizan un examen final individual. Este examen consta de dos partes: una parte de simulación y otra experimental. En la parte de simulación deben introducir un esquemático en el programa LTSPICE y realizar el tipo de simulación indicada. El profesor evalúa que el alumno haya respondido de forma correcta a todos los apartados. En el examen experimental los alumnos deben de construir un circuito y visualizar las señales indicadas. Para evaluar esta parte el profesor de una rúbrica mostrada a continuación:
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Actitud en el laboratorio 10%: Al final de las prácticas se evalúa la actitud en el laboratorio de los alumnos a partir de la siguiente rúbrica. Esta valora la puntualidad, la pulcritud en el laboratorio, su comportamiento, los conocimientos y autonomía.
Situación de partida
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