Aplicación didáctica de modelos dinámicos reales (flumes) y a escala (3D) en el análisis de los procesos dinámicos de formación del relieve

El eje vertebrador de este proyecto de innovacion docente es la utilizacion de herramientas practicas y didacticas para la ensenanza de los procesos que modelan el territorio y configuran el paisaje. De tal forma que mediante la utilizacion de estas herramientas en el laboratorio, se trasladarian las clases magistrales desarrolladas en aulas convencionales hacia unas clases mas dinamicas en laboratorio, en las que el alumnado puede ver y manipular el “resultado” de la actuacion de los procesos superficiales que modelan la superficie terrestre (con especial enfasis en la dinamica fluvial y procesos de ladera). Para alcanzar estos objetivos se plantean tres vias de actuacion dentro del proyecto, que son complementarias entre si. Como eje principal del proyecto se plantea la construccion de un modelo fisico a escala (flumes) en el que se puedan representar los procesos de erosion – transporte – sedimentacion ligados a la dinamica fluvial, y su dinamica en funcion del tipo de rio (sinuoso - meandriforme o trenzado). La misma instalacion (flume) tambien sirve de soporte para analizar procesos superficiales como la erodabilidad del terreno o vulnerabilidad a la erosion, utilizada en la Universal Soil Loss Equation (USLE). La implementacion de esta via de actuacion se ve solidamente respaldada por la formacion y lineas de investigacion de los componentes PDI de la solicitud, que forman parte del Grupo de Investigacion UCM 910391 – “Geomorfologia Ambiental y de Riesgos”. La utilizacion de los modelos fisicos a escala es comun en instituciones de ensenanza de otros paises; existiendo incluso empresas que los fabrican y comercializan (los conocidos modelos EMriver de “Little River Research & Design”). Estos modelos pueden ser de estructura fija o movil, en funcion del tamano de los mismos; como ejemplo de los primeros, el Centro de Estudios y Experimentacion de Obras Publicas (CEDEX) tiene grandes (y costosos) flumes fluviales y costeros. Nuestro objetivo no es tan ambicioso en cuanto a las dimensiones de la infraestructura, buscando elaborar un flume de tipo movil, mucho mas pequeno y economico, que se adapta perfectamente a los objetivos didacticos propuestos. Los modelos de estructura movil son perfectamente utiles para la observacion y analisis los citados procesos superficiales. La segunda via de actuacion planteada en el proyecto tiene que ver con el registro del modelo fisico. Esto es, los modelos flume permiten la observacion directa de procesos geomorfologicos, pero como son dinamicos, hacen dificil la cuantificacion de los procesos y el registro de las formas resultantes. Habitualmente el registro se hace con fotografias y videos, pero no dejan de ser cualitativos. En este caso proponemos hacer un registro cuantitativo. Para ello utilizaremos la fotogrametria, una tecnica bien conocida por el equipo, que la aplica a casos de estudio reales. En el laboratorio se tomaran fotografias cenitales del flume, a intervalos temporales pre-definidos, con dos camaras fijas con estereoscopia (con solape de un 70%). Mediante un software especifico de fotogrametria se introducira a los estudiantes a esta tecnica, la cual nos permite la generacion de modelos digitales 3D del relieve o modelos digitales de elevaciones (MDE). Esta tecnica requiere de cierta experiencia y no se conocen hasta la fecha casos de uso en flumes. Es mas, seria posible hacer varios modelos digitales a medida que el modelo flume evoluciona. Asi, se obtendra una secuencia temporal de cambios y se podra analizar la evolucion tridimensional del terreno. Un ejemplo clasico es la migracion lateral de un cauce o la evolucion de una carcava en una ladera. Tercera via de actuacion, impresion 3D. Hasta ahora, hemos logrado observar procesos geomorfologicos en el laboratorio y su documentacion digital. Creemos que un paso muy interesante es el de trasladar el modelo fisico, efimero, a un modelo definitivo, a escala menor y en 3D, que pueda ser utilizado a posteriori en las clases. Precisamente los modelos digitales de elevaciones generados a partir de tecnicas fotogrametricas pueden ser impresos fisicamente en impresoras 3D. Se cierra asi un circulo entre la observacion practica de los conceptos teoricos, el registro digital y cuantitativo de los resultados y la conservacion fisica de los mismos. Las tecnicas de diseno e impresion 3D, que estan en pleno auge de desarrollo e implementacion en la aulas, son perfectas para generar modelos del paisaje que los alumnos puedan tocar, analizar y medir directamente sobre ellos. Pasaran a formar un coleccion de paisajes, procesos y formas que se utilizaran en clase acompanados de su correspondiente documentacion teorica, grafica (video). El uso de la impresion 3D se antoja como una de las mejores formas de trasladar el territorio al aula. En este sentido, el citado Grupo de Investigacion acaba de adquirir una impresora 3D, y por tanto solo se incluye en el presupuesto actual los costes del material de impresion. Creemos que una de las mejores maneras de optimizar este recurso recien adquirido es precisamente “alimentarlo” con modelos fisicos reales de laboratorio. Finalmente, no deben despreciarse desde el punto de vista de la innovacion docente tres aspectos importantes que pasan a describirse a continuacion de manera breve: En primer lugar, la capacidad de la propuesta aqui expuesta de generar material didactico a partir de la grabacion de imagenes y videos (time-lapse) de los procesos simulados. La capacidad de generar modelos de manera fisica, de tal forma que estos pueden ser tocados y manipulados por los estudiantes. La posibilidad de diseno de experimentos practicos de evolucion fluvial o de cuantificacion de procesos fluviales. Asi como de los retos que se pueden proponer a los estudiantes, tanto desde el punto de vista conceptual como aplicado. Los datos recopilados en estos experimentos pueden ser ademas la base de otros ejercicios practicos. En segundo lugar, que el proyecto cuenta con la implicacion de personal de todas las categorias consideradas en la convocatoria INNOVA. Tanto personal PDI, que deberan comandar el diseno conceptual de los experimentos, modelos, recopilacion de datos, etc.; como personal PAS, que debera liderar las tareas practicas de construccion del modelo fisico a escala y la recopilacion de datos; como por ultimo pero no menos importante, de estudiantes, los cuales deben jugar dos papeles principales: por un lado su implicacion en todas las fases de desarrollo de los modelos y toma de datos, y por otro el servir de altavoz hacia sus companeros de los conocimientos adquiridos. Por ultimo, cabe destacar la utilidad y transversalidad de la propuesta de este proyecto de innovacion docente. Por su concepcion, la utilidad de este proyecto abarca asignaturas pertenecientes a distintos Grados (Grado en Geologia, Grado en Ingenieria Geologica, Grado en Geografia y Ordenacion del Territorio, e incluso el Grado en Arqueologia) y Postgrado (Master en Geologia Ambiental y Master en Restauracion de Ecosistemas); todo ello a traves de su relacion con diferentes asignaturas, como son principalmente la Geomorfologia, la Geodinamica Externa, la Geologia Ambiental, la Restauracion Geomorfologica, o los estudios de Riesgos Geologicos (fluviales y de erosion de suelos).