Aprendizaje colaborativo de Fundamentos de Tecnología de Computadores (FTC) en base a problemas y proyectos Carlos Amuchástegui Uriarte Txelo Ruiz

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Aprendizaje colaborativo de Fundamentos de Tecnología de Computadores (FTC) en base a problemas y proyectos Carlos Amuchástegui Uriarte Txelo Ruiz Vázquez Guías de los/las estudiantes IKD baliabideak 3
Aprendizaje colaborativo de Fundamentos de Tecnología de Computadores (FTC) en base a problemas y proyectos Carlos Amuchástegui Uriarte Txelo Ruiz Vázquez Guías de los/las estudiantes IKD baliabideak 3 (2012) ÍNDICE FTC PPBCL: GUÍAS DE LOS/LAS ESTUDIANTES ) Presentación ) Contexto de la asignatura ) Información relativa a la asignatura ) Descripción ) Objetivos ) Competencias ) Metodología docente ) Evaluación ) Temario ) Libro de texto ) Bibliografía ) Planificación prevista GUÍAS DE LAS DIFERENTES TAREAS PROPUESTAS Aprendizaje basado en problemas: problema A Aprendizaje basado en problemas: problema A Aprendizaje basado en proyectos: proyecto P Aprendizaje basado en proyectos: proyecto P Aprendizaje basado en problemas: problema A Aprendizaje colaborativo: trabajo de investigación ANEXOS Anexo E1. Modelos de informes para el trabajo de investigación E1.1. Modelo particular E1.2. Modelo JENUI Anexo E2. Actas y rúbricas necesarias E2.1. Acta de constitución de grupo y documento de compromisos E2.2. Acta de sesión de trabajo de grupo E2.3. Rúbrica para la co-evaluación de las carpetas e informes escritos E2.4. Rúbrica para la co-evaluación de las presentaciones orales E2.5. Informe de autoevaluación E2.6. Informe de evaluación entre pares FTC PPBCL: GUÍAS DE LOS/LAS ESTUDIANTES 1) Presentación En este documento presentamos las guías que hemos preparado para que los y las estudiantes puedan seguir la asignatura Fundamentos de Tecnología de Computadores (FTC), de primer curso del grado en Ingeniería Informática impartido en la Facultad de Informática, utilizando metodologías activas de enseñanza-aprendizaje. También se incluyen otro tipo de documentos necesarios para superar la asignatura con éxito. Las metodologías activas propuestas están basadas en aprendizaje colaborativo, aprendizaje basado en problemas y aprendizaje basado en proyectos, y a los/las estudiantes se les proponen 6 tareas concretas: 3 problemas, 2 proyectos, y un trabajo de investigación. 2) Contexto de la asignatura Nombre de la asignatura: Fundamentos de Tecnología de Computadores. Titulación: Grado en Ingeniería Informática. Centro de impartición: Facultad de Informática, Universidad del País Vasco, UPV/EHU. Curso: 1º Cuatrimestre: 1º Número de créditos ECTS: La asignatura supone un total de 6 créditos, siendo 4 teóricos y 2 prácticos. Los 2 créditos prácticos se desglosan en 1,4 créditos de prácticas de aula y 0,6 créditos de prácticas de laboratorio. Este creditaje le supone al alumno/a una dedicación horaria total a lo largo del cuatrimestre de 150 horas, distribuidas en 60 horas presenciales y 90 horas no presenciales. Organización semanal de la asignatura: La asignatura se imparte a lo largo de 15 semanas lectivas (sin computar el periodo dedicado a la realización de exámenes globales), correspondiéndole cada semana 3 sesiones presenciales de 90 minutos cada una de ellas (lo que hace un total de 4,5 horas presenciales a la semana, como máximo); en principio, dos sesiones corresponden a créditos teóricos y una sesión a créditos prácticos, en la que el grupo se desdobla en dos (o tres) subgrupos. La duración de las sesiones presenciales conlleva que a la asignatura le correspondan 40 sesiones presenciales de 90 minutos, para completar las 60 horas presenciales; pero, al no ser homogénea la distribución de las mismas en las 15 semanas, debido a la existencia de fiestas intermedias, puede darse la circunstancia de que el número disponible de sesiones presenciales sea inferior a ese máximo de 40 (pudiendo rondar en torno a 37 o 38). Con respecto a la carga no presencial, a cada sesión presencial le deben corresponder entre 2 y 3 horas de trabajo no presencial, para que los y las estudiantes trabajen y estudien por su cuenta, individualmente o en grupo, pero este valor será variable dependiendo de la fase en que se encuentre la asignatura, pudiendo llegar a superarse puntualmente dicho promedio. 3 3) Información relativa a la asignatura Universidad del País Vasco Facultad de Informática Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores Fundamentos de Tecnología de Computadores (F.T.C.) Programa del curso Profesores: Carlos Amuchastegui (grupo 01, castellano), Txelo Ruiz (grupo 31, euskara) 6 créditos = 4 T + 2 P 3.1) Descripción. En esta asignatura se abordan de forma introductoria los fundamentos tecnológicos básicos del hardware utilizado en los computadores. Se presentan los fenómenos físicos subyacentes a la tecnología actual utilizada en la construcción de los ordenadores, y se definen las magnitudes que los controlan, enfatizando los conceptos básicos y presentando una descripción cualitativa de los mismos, concentrándonos en los conceptos, más que en el formalismo matemático. Se estudian las leyes clásicas fundamentales que rigen los fenómenos eléctricos y magnéticos, y también se hace una breve introducción a la física moderna básica necesaria para comprender los últimos avances en dispositivos foto-electrónicos, juntamente con las aplicaciones que aparecen en los computadores. Todo ello permitirá tener una noción aproximada de las limitaciones actuales de los dispositivos informáticos así como una somera visión de los retos que habrá que afrontar en el futuro y los nuevos dispositivos y aplicaciones que puedan aparecer. Así, estudiaremos los conceptos básicos de electricidad, las magnitudes eléctricas fundamentales, los materiales semiconductores, sus características y los dispositivos semiconductores más habituales, para poder abordar el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos, para lo que presentaremos los modelos ideales de los distintos elementos y sus parámetros correspondientes, y también estudiaremos el funcionamiento y las aplicaciones de circuitos básicos ampliamente utilizados, tanto analógicos como digitales. Veremos también los conceptos básicos del magnetismo y la fotónica, y su aplicación en los dispositivos informáticos. Se trata, en resumen, de asimilar los conocimientos básicos necesarios para poder abordar con éxito las diferentes materias que conforman el área de Arquitectura y Tecnología de Computadores, facilitando su posterior comprensión. 3.2) Objetivos. Comprender los conceptos subyacentes a los dispositivos y componentes eléctricos y electrónicos, para poder realizar el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos, en particular de circuitos de corriente continua, principalmente en régimen permanente, aunque también se estudia el régimen transitorio y los conceptos básicos de los circuitos de corriente alterna. Comprender los fundamentos del electromagnetismo y de la fotónica, y su aplicación en el terreno de la informática. 4 3.3) Competencias. Una vez superada la asignatura, el alumno/a deberá haber adquirido determinadas competencias específicas de la materia, es decir, deberá ser capaz de: CE1. Enunciar los fundamentos físicos y tecnológicos de la informática (electricidad, teoría de circuitos, electrónica, electromagnetismo, ondas y fotónica) y aplicarlos para la resolución de problemas propios de la ingeniería. CE2. Enunciar los principios básicos de la electricidad en relación con su utilización en sistemas informáticos. CE3. Analizar con precisión y rapidez circuitos eléctricos básicos, tanto en corriente continua como en alterna. CE4. Enunciar los principios básicos de la electrónica en relación con su utilización en sistemas informáticos. CE5. Analizar con precisión y rapidez circuitos electrónicos básicos con diodos y transistores. CE6. Enunciar los principios básicos del electromagnetismo, las ondas y la fotónica, en relación con su utilización en sistemas informáticos. CE7. Manejar con relativa soltura la instrumentación básica típica de un laboratorio de electrónica (multímetro, osciloscopio, fuentes de alimentación, generadores de señal). CE8. Montar en el laboratorio prototipos de circuitos eléctricos y electrónicos y contrastar su funcionamiento real con respecto al funcionamiento teórico esperado. CE9. Manejar con relativa soltura programas informáticos con aplicación en ingeniería, en particular, simuladores de circuitos. Además, se trabajan también determinadas competencias básicas y generales de las que se contemplan en el perfil de la titulación, específicamente dentro del área de Arquitectura y Tecnología de Computadores: CB1. Adquirir los conocimientos de las materias básicas y tecnologías que les capaciten para el aprendizaje y desarrollo de nuevos métodos y tecnologías, así como los que les doten de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones. CB2. Desarrollar aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía. CB3. Desarrollar la capacidad para resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, autonomía y creatividad. CB4. Desarrollar la capacidad para saber comunicar y transmitir los conocimientos, habilidades y destrezas adquiridas, en particular mejorar la capacidad de expresión por escrito en el ámbito de la ingeniería informática. CB5. Adquirir los conocimientos básicos necesarios para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes y otros trabajos análogos relacionados con las tecnologías utilizadas en los sistemas informáticos. 5 CB6. Adquirir y comprender conocimientos básicos procedentes de la vanguardia de las tecnologías utilizadas en sistemas informáticos y su previsible evolución en un futuro a medio plazo. CB7. Desarrollar la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (dentro del área de las tecnologías informáticas) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética. Finalmente, como competencias transversales, se trabajan: CT1. Capacidad de análisis y síntesis. CT2. Capacidad de organización y planificación. CT3. Resolución de problemas. CT4. Trabajo en grupo. CT5. Razonamiento crítico. CT6. Adaptación a nuevas situaciones. 3.4) Metodología docente. Se utilizarán metodologías activas de aprendizaje colaborativo, tanto en las sesiones presenciales como en las no presenciales. La participación activa del alumnado y el trabajo en grupo es fundamental para la consecución de las competencias buscadas. Todas las actividades serán evaluadas y se verán reflejadas en la calificación final. Se plantea la realización de 6 tareas diferentes, todas ellas basadas en aprendizaje colaborativo; se utilizarán metodologías de aprendizaje basado en proyectos y aprendizaje basado en problemas. En concreto, se propone la realización de 3 problemas (A1, A2 y A3), 2 proyectos (P1 y P2) y un trabajo de investigación (I). 3.5) Evaluación. De cara a la primera convocatoria, las alumnas y alumnos podrán escoger entre dos opciones: evaluación tradicional de conjunto mediante la realización de un examen final en enero, o evaluación continua durante el curso, de septiembre a diciembre. La opción de evaluación continua únicamente se puede elegir al principio de curso, ya que exige la asistencia a las actividades presenciales y la realización de todos los ítems que supone la evaluación. Quienes deseen realizar la evaluación continua le deberán comunicar al profesor o profesora dicha elección en el plazo fijado, mediante la ficha de inscripción que se les proporcionará. Durante las primeras semanas del curso, las alumnas y alumnos podrán ir viendo su evolución en la evaluación continua y, en caso de considerarla no satisfactoria, podrán renunciar a ella, pasando entonces a la opción de evaluación tradicional. A mediados de noviembre, el profesor o profesora solicitará la confirmación de la opción de evaluación continua mediante la firma, por parte de los alumnos y alumnas, de un documento de compromiso, y a partir de ese momento ya será irreversible, renunciando el alumno o alumna que confirme su opción de evaluación continua a la opción de evaluación tradicional. He aquí información más concreta: 6 1ª convocatoria: a. Evaluación continua. Se tendrá en cuenta, ponderadamente, el trabajo realizado por las alumnas y alumnos, tanto individualmente como en grupo. En todas las tareas se exigirá una calificación mínima, y el no alcanzar esa calificación mínima tendrá consecuencias negativas en la calificación final: se restará de la nota final la máxima calificación posible correspondiente a esa tarea. En líneas generales, las actividades de evaluación en cada una de las tareas consistirán en: realización de exámenes parciales por escrito o controles de conocimientos mínimos; cuestionarios de autoevaluación; prácticas de laboratorio; desarrollo de prototipos; recogida selectiva y aleatoria de ejercicios en cualquier momento de la asignatura; realización de ejercicios/exámenes breves sin previo aviso; informes técnicos; exposiciones orales; realización de una carpeta o portafolio con el material trabajado... Las actividades específicas de evaluación y la puntuación correspondiente a cada una de ellas se muestran en la tabla 1, sobre un total de 10 puntos de la calificación final. Tabla 1: Peso en la calificación final de la evaluación de todas las tareas y actividades. b. Evaluación tradicional mediante un examen final. Se realizará por medio de un examen global, en la fecha anunciada por el decanato de la Facultad. Tendrá una duración aproximada de 3 h, y recogerá ponderadamente todos los aspectos trabajados en la asignatura. Su valor será el 100% de la calificación de la asignatura. 2ª convocatoria: Examen global para todas las alumnas y alumnos que no hayan superado la asignatura en primera convocatoria. 7 3.6) Temario. 1. Electrostática: carga eléctrica; ley de Coulomb; campo eléctrico; energía potencial electrostática; potencial electrostático. 2. Electrocinética: corriente eléctrica; intensidad y densidad de corriente; diferencia de potencial; potencia eléctrica. 3. Introducción a los circuitos: definición de circuito; clasificación de los circuitos según tipología: analógicos/digitales, concentrados/distribuidos, circuitos de corriente continua o de corriente alterna; régimen de funcionamiento de los circuitos: régimen permanente / régimen transitorio. 4. Componentes típicos de los circuitos eléctricos: resistencias; condensadores; bobinas; generadores de tensión y de corriente, independientes y dependientes; interruptores; conmutadores. 5. Leyes fundamentales de los circuitos y sus aplicaciones: Leyes de Kirchhoff; asociaciones en serie y en paralelo de elementos; divisores de tensión y de corriente; principios de funcionamiento de los medidores eléctricos, voltímetro y amperímetro. 6. Métodos de análisis de los circuitos: método de las corrientes de malla; principio de superposición; teoremas de Thévenin y de Norton; teorema de la máxima transferencia de potencia. 7. Régimen transitorio: circuito RC; procesos de carga y descarga; constante de tiempo del circuito; máxima frecuencia de conmutación. 8. Introducción a la electrónica de estado sólido: teoría de bandas de energía; materiales semiconductores; semiconductores intrínsecos y extrínsecos; la unión PN; características físicas de los dispositivos semiconductores: el diodo, el transistor bipolar y los transistores de efecto de campo (JFET y MOS). 9. Estudio y aplicación de los diodos semiconductores: tipos de diodos: rectificador, LED, Zener; aproximaciones lineales; resolución de circuitos con diodos; estudio del rectificador en base a diodos. 10. Estudio y aplicación de los transistores bipolares y de efecto de campo: aproximaciones lineales; resolución de circuitos con transistores; estudio del inversor. 11. Introducción al análisis de circuitos digitales con componentes semiconductores: circuitos integrados; niveles de integración; familias lógicas. 12. Introducción a los circuitos de corriente alterna: corriente alterna sinusoidal; cálculo de valores medios y eficaces; concepto de impedancia. 13. Magnetismo: campo magnético; materiales magnéticos; ferromagnetismo; aplicaciones. 14. Ondas electromagnéticas: ecuaciones de Maxwell; ondas planas; antenas; el espectro electromagnético. 15. Fotónica: aplicaciones ópticas en sistemas informáticos. 8 3.7) Libro de texto. Análisis básico de circuitos eléctricos y electrónicos. Txelo Ruiz-Vázquez, Olatz Arbelaitz, Izaskun Etxeberria, Amaya Ibarra. Pearson Prentice Hall, Zirkuitu elektriko eta elektronikoen oinarrizko analisia. Olatz Arbelaitz, Txelo Ruiz. UEU, ) Bibliografía. 1. Análisis básico de circuitos en ingeniería (5ª ed). J. D. Irwin. Pearson Educación, Análisis de circuitos en ingeniería (4ª ed). W. H. Hayt, J.E. Kemmerly. McGraw Hill, Introducción al análisis de circuitos. Un enfoque sistémico. D.E. Scott. McGraw Hill, Circuitos eléctricos. J.W. Nilsson. Addison-Wesley, Basic electronics. B. Grob. McGraw Hill, Principios de electrónica. A.P. Malvino. McGraw Hill, Microelectronic Circuits. A.S. Sedra, K.C. Smith. Saunders, Electrónica Analógica. L.M. Cuesta, A.J. Gil Padilla, F. Remiro. McGraw Hill, Circuitos electrónicos discretos e integrados. D.L. Schilling, C. Belove. Marcombo, Física para la ciencia y la tecnología (5ª ed), vol. 2. P.A. Tipler, G. Mosca. Editorial Reverté, Física universitaria con física moderna, vol. 2. H.D. Young, R.A. Freedman. Pearson Educación, Física para ciencias e ingeniería con física moderna, tomo 2. D.C. Giancoli. Pearson Educación, Fundamentos físicos y tecnológicos de la informática. P. Gómez, V. Nieto, A. Álvarez, R. Martínez, Pearson Prentice Hall, Fundamentos físicos de la informática y las comunicaciones. L. Montoto. Thomson, Introducción a los fundamentos físicos de la informática. A.M. Criado, F. Frutos. Paraninfo, 3.9) Planificación prevista. 10 APRENDIZAJE BASADO EN PROBLEMAS: PROBLEMA A1 GUÍA DEL/DE LA ESTUDIANTE A1.0) Presentación Inicialmente, para las dos primeras semanas del curso, como introducción a las nuevas metodologías de enseñanza/aprendizaje, trabajaremos un problema sencillo cercano a la realidad, cuyo objetivo será empezar a conocer la terminología necesaria en el resto de los trabajos a realizar. El valor de este primer problema será del 6% de la calificación total de la asignatura, es decir, de 0,6 puntos sobre 10. A1.1) Pregunta motriz Cómo podemos saber cuánto tiempo dura la batería de un ordenador portátil antes de que se descargue completamente? 11 A1.2) Escenario Nuestra jefa tiene que hacer un viaje a Australia y, como es muy largo, dice que tendrá que aprovechar el tiempo del vuelo para trabajar con el portátil en el avión. Como somos los ingenieros en informática y encargados de los ordenadores de la empresa, nos ha dicho que se lo preparemos todo muy bien: que al ordenador no se le ocurra dejarla tirada a mitad del viaje! Como en el avión no hay enchufes, tendrá que trabajar con la batería. La pondremos recién cargadita, para que dure más, pero cómo podemos saber cuánto tiempo va a durar la batería del portátil? Necesitamos meter varias baterías cargadas en el maletín, por si acaso se le descarga en el avión la que lleva el portátil, y avisarle a la jefa de que, al cabo de unas horas, antes de que se agote completamente la batería, tendrá que mirar de vez en cuando el chivatito de la barra inferior de la pantalla del ordenador que indica el nivel de carga de la batería, y que cuando vea que está baja, entonces apague el ordenador, cambie la batería y siga trabajando? O aguantará lo suficiente la que lleva para que trabaje durante todo el vuelo y la pueda recargar en el hotel? Se nos ocurre una solución fácil y cómoda: cargar una batería, ponerla en el ordenador, poner éste en marcha, y a esperar a ver cuánto tiempo tarda en descargarse! (mientras tanto, para tener el ordenador trabajando a tope, pues nos ponemos a navegar por Internet, tenemos el Messenger activado, y el Twitter y el Facebook, y algún juego que otro, que el ordenador tiene que estar trabajando a tope para simular la carga de trabajo de la jefa en el avión). Pero esa solución de Perogrullo no nos parece la más adecuada: porque eso lo puede hacer cualquiera,
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