| Antenas | Código: 81.528 Créditos: 6 |
La asignatura Antenas supone una introducción básica y general al mundo de las antenas y su utilización dentro de los sistemas de telecomunicación. Teoría, fundamentos físico-matemáticos, diseño, análisis, temas prácticos y aplicaciones son los ingredientes que conforman la asignatura, poniendo al alcance del estudiante una introducción básica y general al campo de las antenas.
La asignatura Antenas pertenece al itinerario de Sistemas de comunicación del Grado en Tecnologías de Telecomunicación de la UOC. La naturaleza de sus contenidos es ciertamente heterogénea, pues combinan elementos pertenecientes a campos tales como la electrónica, el procesamiento de señal y las comunicaciones. De este modo, puede ser vista como una asignatura avanzada tanto del área de conocimiento relativa al procesamiento de señal y los sistemas de comunicaciones, como a la relativa a la electrónica aplicada a las comunicaciones. También, y de forma natural, puede ser perfectamente cursada al mismo tiempo que Circuitos de microondas, asignatura perteneciente también al itinerario de Sistemas de comunicación del Grado en Tecnologías de Telecomunicación de la UOC y que está enfocada al análisis y el diseño de circuitos electrónicos que trabajen a altas frecuencias.
Teléfonos móviles, tabletas digitales, ordenadores con conexión wireless, headsets, libros electrónicos, edificios inteligentes, aparatos médicos wireless, cámaras wireless, son algunos ejemplos de nuestra realidad sin hilos. Esta realidad le está otorgando a la antena un protagonismo y una responsabilidad nunca pensada. Es por tanto necesario que un ingeniero de telecomunicación tenga nociones básicas conjugadas con algunas dosis más específicas de este elemento que constituye una parte esencial de los sistemas de comunicaciones actuales.
El contenido de la asignatura está enfocado tanto para aquellos ingenieros que se dedicarán al campo del diseño de antenas y circuitos de microondas como a aquellos en que la antena constituirá parte esencial de un sistema de comunicaciones.
En el primer caso, la asignatura introduce un vasto campo profesional que engloba no sólo el diseño de las antenas como tal sino también el diseño de software electromagnético encargado de facilitar el análisis frecuencial de las mismas, así como el diseño de circuitos de microondas principalmente enfocados a realizar adaptación de impedancias. Diseñar antenas es una tarea compleja fuertemente dependiente del tipo de dispositivo y servicio al que va enfocada, de este modo dentro del propio diseño de antenas pueden distinguirse varios perfiles como diseñadores de antenas para estaciones base, de antenas de banda ancha, o de antenas para dispositivos móviles por citar algunos ejemplos. En este sentido, los conceptos aquí estudiados servirán para abrirse paso en fases más complejas de diseño de antenas. El perfil requerido para este tipo de ingenieros se basa en la creatividad con una base tecnológica/científica muy amplia que permita detectar carencias del mercado y dar soluciones a las mismas. Los ingenieros más creativos con amplios conocimientos científico/tecnológicos constituyen piezas clave en empresas de base tecnológica donde los activos de la empresa son además del producto, la propiedad intelectual que genera el desarrollo del mismo. En este campo, los ingenieros tienen el rol relevante de la creación del portfolio de patentes de la empresa en el papel de inventores de nuevas tecnologías y técnicas de antenas.
En el segundo caso, los conocimientos de antenas proporcionados en esta asignatura tienen como objetivo proporcionar al ingeniero de sistemas la capacidad de conocer y entender las características generales, ventajas y limitaciones de una antena con el fin de poder optimizar el sistema en base a estas limitaciones (ej: funcionamiento, integración, costes). Este punto constituye una parte enormemente transcendental en la cadena de un sistema de telecomunicación. Y es que las antenas, en su vertiente de producto, acarrean intrínsecamente otros aspectos que el ingeniero debe tener en cuenta: robustez y estabilidad mecánica, materiales ligeros con pocas pérdidas, costes competitivos, facilidad de integración, representan algunos de estos aspectos.
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Competencias o Conocimientos previos |
Asignaturas previas en que se adquieren |
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Teoría básica de propagación de ondas electromagnéticas. Carta de Smith. Cálculo de rotacionales, divergencias, gradientes y laplacianas. |
Física II |
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Técnicas de análisis de circuitos electrónicos. El concepto de adaptación de impedancias |
Teoría de circuitos |
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Transformada de Fourier de Señales Discretas y Transformada Z |
Señales y sistemas II |
Cumplir los requisitos mínimos de matrícula de la asignatura Antenas pasa por haber superado satisfactoriamente las asignaturas Física II, Teoría de Circuitos y Señales y sistemas II. Más allá de estos requisitos mínimos, resulta conveniente haber superado también las asignaturas Sistemas de comunicaciones I y Electrónica de comunicaciones.
Las competencias generales del Grado en las que se enmarca la asignatura son las siguientes:
[35] - Capacidad para la selección de circuitos, subsistemas y sistemas de radiofrecuencia, microondas, radiodifusión, radioenlaces y radiodeterminación.
[36] - Capacidad para la selección de antenas, equipos y sistemas de transmisión, propagación de ondas guiadas y no guiadas, por medios electromagnéticos, de radiofrecuencia u ópticos y la correspondiente gestión del espacio radioeléctrico y asignación de frecuencias.
Más concretamente, los objetivos fundamentales a adquirir por el estudiante que curse la asignatura son los siguientes:
1. Conocer los diferentes tipos de antenas existentes y su aplicación en función del margen frecuencial de operación.
2. Estudiar los parámetros mediante los que se caracteriza una antena, tanto en transmisión como en recepción, para poder determinar el balance de potencias de un radio enlace. Ser capaz de considerar la antena como un elemento integrado dentro un sistema de telecomunicación.
3. Analizar los fundamentos de radiación de las ondas electromagnéticas para entender el procedimiento físico-matemático de la radiación.
4. Examinar las antenas lineales básicas, saber modelarlas y entender cuáles son sus limitaciones. Los principios matemáticos descritos para analizar este tipo de antenas trascienden a todo el temario de la asignatura, dado que, en términos generales, las antenas pueden ser descritas como superposición de elementos lineales.
5. Conocer y saber modelar el efecto del plano de masa (plano de tierra) en el comportamiento de una antena. El entorno asociado a muchas antenas de tipo hilo, como las embarcadas y las de radiodifusión, afecta a la radiación. Es relevante, por tanto, conocer cómo el medio modifica las prestaciones de una antena para abordar, de esta forma, su diseño teniendo en cuenta su entorno.
6. Analizar las agrupaciones de antenas con el objetivo de poder modelar la radiación mediante la manipulación de la excitación de cada elemento. Los radares de aeropuerto o las estaciones base de comunicaciones móviles celulares son ejemplos de sistemas en los que se utilizan agrupaciones de antenas.
7. Conocer el funcionamiento, la utilidad y el modelado de las antenas planas, tales como las ranuras y las antenas microstrip. Entender el mecanismo de radiación a partir de campos en aperturas.
8. Saber modelar y analizar una antena como elemento integrado en el sistema transmisor o receptor al que va conectado, lo que incluye describir los mecanismos que proporcionan las herramientas necesarias para realizar, por ejemplo, la adaptación de impedancias, o para mejorar parámetros de antena tan relevantes como el ancho de banda.
9. Determinar los efectos de carga (bobinas, condensadores, líneas de transmisión) sobre antenas, lo que va a permitir introducir las antenas miniatura y multibanda.
10. Entender cómo se puede modificar la directividad de una antena mediante el uso de reflectores y lentes. Enlazar conceptos de óptica geométrica con radiación de antenas.
11. Adquirir la capacidad de abstracción. Con las herramientas presentadas se dispone de una base físico-matemática y tecnológica que permitirá afrontar problemas más complejos.
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Módulos |
Breve descripción |
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Módulo 1: La antena en un sistema de telecomunicación |
A lo largo de este primer módulo se realiza una introducción al concepto de antena y se presentan los diferentes tipos de antenas existentes clasificados según su geometría y su comportamiento. Del mismo modo, se describen y analizan en profundidad los diferentes parámetros que permiten caracterizar el comportamiento de una antena y que son útiles para realizar cálculos de radioenlaces formados por antenas. |
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Módulo 2: Fundamentos básicos. Antenas de hilo |
Este módulo aborda el cálculo de los campos radiados por estructuras lineales. Se trata de un módulo de particular importancia, ya que presenta las bases de la teoría electromagnética y desarrolla mecanismos de cálculo extensibles a cualquier tipo de estructuras radiantes que puedan descomponerse en hilos de corriente. Las antenas dipolo y espira son ejemplo de estructuras formadas por hilos. A su vez, también se analiza el efecto que un plano conductor produce sobre la radiación de dichas antenas. |
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Módulo 3: Agrupaciones de antenas |
Este módulo se centra en analizar el mecanismo de radiación propio de las agrupaciones de antenas, que no son más que estructuras radiantes compuestas por múltiples elementos radiantes que, dispuestos y alimentados de una determinada manera, permiten solventar las limitaciones de estructuras compuestas por un único elemento. El módulo dota de las herramientas necesarias para entender cómo una agrupación de antenas es capaz de conseguir focalizar la radiación en una determinada dirección y aporta los conocimientos necesarios para sintetizar una agrupación de antenas partiendo de una especificación de radiación deseada. |
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Módulo 4: Antenas planas: ranuras y antenas microstrip |
Siguiendo con el cómputo de los campos radiados, este módulo describe los mecanismos de radiación de antenas de apertura tales como son las ranuras y las antenas microstrip, que se caracterizan por ser estructuras planas. Del mismo modo, introduce las ventajas y limitaciones que presentan este tipo de estructuras respecto a las antenas analizadas en módulos anteriores. |
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Módulo 5: Adaptación de impedancias y factor de calidad |
Este módulo introduce los conceptos de antena miniatura y multibanda, a la vez que permite conocer el compromiso existente entre tamaño de antena y prestaciones. Del mismo modo, se presentan los diferentes mecanismos de adaptación de impedancias existentes en función del tipo de antena bajo estudio y de las características propias de su impedancia de entrada. Las técnicas de adaptación de impedancia detalladas en este módulo trascienden a todo el temario pues en muchas ocasiones es necesario recurrir a redes de adaptación, bien para transferir máxima potencia del transmisor a la antena o viceversa, bien para aumentar el margen frecuencial de operación de la antena. |
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Módulo 6: Reflectores y lentes |
Finalmente, este último módulo introduce y permite modelar el comportamiento de los reflectores y las lentes enlazando conceptos de óptica geométrica con el fenómeno de la radiación electromagnética. |
| Material | Soporte |
- Balanis, C. A., Antenna Theory: Analysis and Design. John Wiley.
- Orfanidis, S. J., Electromagnetic Waves and Antennas, John Wiley.
- Pozar, D. M., Microwave Engineering, John Wiley.
- Stutzman, W. L., Thiele, G. A., "Antenna Theory and Design". John Wiley.
- Anguera, J., Pérez, A., "Teoria d'antenes", Enginyeria La Salle (Estudios Semipresenciales), ISBN: 978-84-935665-4-8.
Los contenidos de la asignatura están distribuidos a lo largo de seis módulos teóricos. Cada uno de estos módulos incluye ejercicios prácticos resueltos que permiten al estudiante asentar los conocimientos teóricos desarrollados. Además, cada módulo incorpora una serie de lecturas obligatorias y complementarias en forma de artículos científicos. Las lecturas obligatorias están enfocadas a completar el temario descrito ya que tratan directamente sobre aspectos explícitamente tratados en los módulos y su análisis proporciona una visión más amplia y actual a la vez que refuerza aspectos teóricos y prácticos contenidos en los módulos. Por otro lado, las lecturas complementarias permiten ampliar los contenidos de los módulos proporcionando una visión más amplia de la asignatura mostrando aplicaciones prácticas en el campo de las antenas.
Además, a lo largo del curso se realizarán tres PECs (Pruebas de Evaluación Continúa) las cuales están enfocadas, por un lado, a marcar una pauta temporal del material que debe llevarse al día y, por otro lado, a consolidar los conocimientos que se han estudiado en los módulos.
Con el objetivo de preparar al alumno para la superación de las PECs, se recomienda como método de estudio realizar los ejercicios resueltos que se incluyen a lo largo de los diferentes módulos de la asignatura. Del mismo modo, cuando el tiempo de estudio planificado para cada módulo haya finalizado, los consultores plantearán una serie de cuestiones relativas al módulo finalizado que se debatirán en el foro de la asignatura. Es aconsejable la participación de todos los alumnos en este debate, puesto que estas cuestiones así como los ejercicios resueltos intercalados a lo largo de los diferentes módulos permitirán consolidar los diferentes conceptos desarrollados.
El seguimiento activo por parte del estudiante de los espacios de Comunicación del aula es de primordial interés, dado que habitualmente se plantean dudas, se dan respuestas y se tratan temas relacionados con la materia de estudio. Estos espacios están organizados del siguiente modo:
- Tablón: Espacio de comunicación general especialmente importante, en el que únicamente pueden escribir los consultores y que sirve para anunciar los hitos importantes, complementando la información ya disponible por defecto en las diferentes vistas de navegación.
- Foros: Espacio de comunicación en el que pueden escribir tanto los estudiantes como los consultores y donde se aglutinan todas las cuestiones de carácter general relacionadas con la asignatura, así como las dudas y discusiones relativas a las diferentes actividades a realizar a lo largo del semestre.
Los consultores guiarán y orientarán al estudiante a través del Tablón del aula, responderán las dudas que vayan surgiendo en los Foros y plantearán y dinamizarán las discusiones que allí se desarrollen. Asimismo, los consultores realizarán un seguimiento de la evaluación continua, revisarán todas las Pruebas de Evaluación Continua (PECs) entregadas y comentarán de forma cualitativa a nivel grupal y/o individual la resolución de las mismas, a fin de ayudar al estudiante a progresar en su aprendizaje y a adquirir el conjunto de las competencias de la asignatura. De manera excepcional y para cuestiones más personalizadas, el estudiante también tendrá a su disposición los correos electrónicos de sus consultores.
Consultores en el aula y articulación de la actividad docente
Cada aula de la asignatura Antenas dispondrá de dos consultores con dilatada experiencia en análisis, diseño, investigación y docencia en el campo de las antenas. Aunque cada aula tenga dos consultores, ambos se coordinarán en sus tareas docentes de tal modo que, de cara al estudiante, toda la actividad docente desarrollada en el aula funcionará como si hubiera un único consultor. La forma de articular la actividad docente desde los espacios de Comunicación del aula será la siguiente:
- Por un lado, los consultores colgarán periódicamente mensajes, tanto en el Tablón como en los Foros, tanto para notificar cualquier asunto de interés que pueda surgir a lo largo del semestre, como para tratar cuestiones de aspecto conceptual que ayuden al estudiante a trabajar y consolidar conceptos fundamentales de la asignatura.
- Al finalizar el periodo previsto para el estudio de cada módulo, los consultores lanzarán desde el espacio de Debate cuestiones relativas a los contenidos del módulo en cuestión, con el fin de fomentar el debate entre los estudiantes. Una vez dinamizado el debate y adquirida una participación significativa por parte de los estudiantes, los consultores resolverán dichas cuestiones y, si procede, comentarán todos los temas de interés surgidos del debate.
- Por su parte y también desde los Foros del aula, el estudiante podrá formular preguntas a los consultores relativas a cualquier aspecto relacionado con el estudio de los módulos y sus lecturas asociadas, así como de participar activamente en las respuestas a las cuestiones formuladas por otros estudiantes.
La coordinación de los consultores en su forma de participar en las aulas será transparente para los estudiantes, con el objetivo de poder responder a las dudas con la mayor rapidez y dedicación posible. Así, todos los mensajes escritos por los consultores en los espacios de Comunicación del aula llevarán la firma de ambos, independientemente de qué consultor en particular lo haya escrito. Del mismo modo, las cuestiones y comentarios dirigidos a los consultores por parte de los estudiantes serán para ambos consultores en general (no tendrá sentido que se dirijan en concreto a ninguno de los dos, pues la respuesta vendrá firmada por ambos). Con este método de doble consultor se pretende minimizar el tiempo de respuesta y aumentar la calidad de la misma.
Temporización e itinerarios formativos
Es importante realizar un trabajo constante de estudio y de aplicación de los contenidos, dado que ésta es la vía habitual de asegurar el éxito para superar la asignatura. Por este motivo, se ha realizado la propuesta de distribución temporal del aprendizaje presentada en el Documento de planificación, así como en el Calendario del aula. Las Guías de Estudio (GES) y la información de Planificación dan indicaciones sobre cómo planificar y seguir el estudio de cada módulo, así como informaciones complementarias del aprendizaje y del contenido de los materiales. Son una herramienta útil para el estudiante antes, durante y después del estudio de cada módulo.
Accediendo a las GES y la Planificación, el estudiante dispondrá de una distribución orientativa del tiempo que se propone para el estudio de cada módulo y la realización de cada PEC. Además, el calendario incluye las fechas clave del semestre, como por ejemplo la publicación y la entrega de las PECs. Las fechas de entrega de las PECs se han de respetar estrictamente. Por lo tanto, es muy recomendable que se siga la temporización propuesta y se intenten respetar las fechas indicadas para el estudio de cada módulo didáctico. El estudiante podrá acceder a los enunciados de las PECs en el espacio de Planificación del aula virtual, accediendo a la fecha del calendario señalada como publicación de la actividad en cuestión.
La Normativa académica de la UOC dispone que el proceso de evaluación se fundamenta en el trabajo personal del estudiante y presupone la autenticidad de la autoría y la originalidad de los ejercicios realizados.
La falta de originalidad en la autoría o el mal uso de las condiciones en las que se hace la evaluación de la asignatura es una infracción que puede tener consecuencias académicas graves.
El estudiante será calificado con un suspenso (D/0) si se detecta falta de originalidad en la autoría de alguna actividad evaluable (práctica, prueba de evaluación continua (PEC) o final (PEF), o la que se defina en el plan docente), ya sea porque ha utilizado material o dispositivos no autorizados, ya sea porque ha copiado de forma textual de internet, o ha copiado de apuntes, de materiales, manuales o artículos (sin la citación correspondiente) o de otro estudiante, o por cualquier otra conducta irregular.
La calificación de suspenso (D/0) en la evaluación continua (EC) puede conllevar la obligación de hacer el examen presencial para superar la asignatura (si hay examen y si superarlo es suficiente para superar la asignatura según indique este plan docente).
Cuando esta mala conducta se produzca durante la realización de las pruebas de evaluación finales presenciales, el estudiante puede ser expulsado del aula, y el examinador hará constar todos los elementos y la información relativos al caso.
Además, esta conducta puede dar lugar a la incoación de un procedimiento disciplinario y la aplicación, si procede, de la sanción que corresponda.
La UOC habilitará los mecanismos que considere oportunos para velar por la calidad de sus titulaciones y garantizar la excelencia y la calidad de su modelo educativo.
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Para superar la asignatura hay que hacer un examen (EX). La nota de la evaluación continua (EC) complementará esta calificación.
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Nota final de asignatura: EX + EC
EX = 65 %
EC = 35 %
Notas mínimas:
· EX = 4
Esta fórmula de ponderación sólo se aplicará cuando la nota resultante mejore la obtenida en el EX. Cuando la nota obtenida en el EX sea inferior a 4 o la calificación resultante de la fórmula de ponderación no permita mejorar la nota obtenida en el EX, la calificación final de la asignatura será la nota obtenida en el EX.
En el caso de asignaturas con prácticas (Pr) que cruzan con el examen (EX), la fórmula de ponderación sólo se aplicará cuando la nota resultante mejore la obtenida en FE (FE=EX+Pr). Cuando la nota obtenida en el EX sea inferior a 4, la calificación resultante de la asignatura será la nota obtenida en el EX. Cuando la calificación resultante de la fórmula de ponderación no permita mejorar la nota obtenida en FE, la calificación final de la asignatura será la nota obtenida en FE.
Continuando con lo comentado en el apartado de Metodología, a lo largo del semestre se han de realizar tres Pruebas de Evaluación Continua (PECs). La entrega de las PECs por parte del estudiante se llevará a cabo en el apartado Entrega y seguimiento de AC del aula de la asignatura. Asimismo, el resto de acciones relacionadas con estas actividades (publicación de enunciados, soluciones y notas, resolución de dudas y aclaraciones, posibles novedades y modificaciones, etc.) también serán realizadas desde el aula y serán puntualmente anunciadas en los espacios de Comunicación de la misma.
A partir de las calificaciones de las PECs y teniendo también en cuenta otros factores (tales como la participación en los foros de discusión del aula virtual, etc.) el consultor decidirá la calificación final de Evaluación Continua (EC). Para obtener esta nota final de EC, se calculará la media de las notas de las tres PECs, siendo todas ponderadas con el mismo peso en el cálculo de esta media, de manera que las tres PECs tendrán la misma importancia.
A fin de obtener una nota de EC, el estudiante debe entregar, al menos, una de las tres PECs previstas en este plan docente. En caso de no entregar ninguna de ellas, se considerará que el estudiante renuncia a la EC y, por tanto, deberá recurrir únicamente al Examen Final para superar la asignatura, según lo establecido en el apartado Evaluación Final de este Plan Docente.
El nombre de los archivos que el estudiante entregue como solución a cada una de las PECs deberá seguir el siguiente formato:
[nombre_usuario_uoc]_PEC[número_PEC].[ extensión]
donde:
[nombre_usuario_uoc] es el nombre de usuario, por ejemplo "jpenab"
[número_PEC] es el número de la PEC: 1, 2 o 3.
[extensión] es la extensión del archivo, por ejemplo "odt", "doc", "rtf", "tex", "pdf", etc.
Así, por ejemplo, si el estudiante con nombre de usuario "jpenab" entrega las PECs en formato OpenOffice, sus archivos se llamarán:
jpenab_PEC1.odt
jpenab_PEC2.odt
jpenab_PEC3.odt
El correcto seguimiento de la asignatura compromete a realizar las actividades de evaluación propuestas de manera individual y según las indicaciones que pauta este Plan docente. De no hacerlo así, en ningún caso dichas actividades de evaluación podrán ser superadas.
La asignatura se puede superar mediante una de las dos opciones siguientes:
- A partir de la Evaluación Continua y un Examen Final presencial.
- Únicamente a partir de un Examen Final presencial.
Para que el estudiante supere la asignatura, ha de obtener una Nota Final de la Asignatura superior o igual a 5. Esta nota se calculará del siguiente modo:
- Si el estudiante opta por la vía de la Evaluación Continua (EC) y un Examen Final presencial (EX) -se puede optar por esta vía siempre y cuando no se renuncie a la nota EC (ver el apartado Evaluación continua de este Plan Docente)-, la Nota Final de la Asignatura (NFA) se calcula del siguiente modo:
NFA = max{ (0,35*EC)+(0,65*EX) , EX }
Obsérvese que la Evaluación Continua sólo puede mejorar o dejar igual la nota obtenida en el Examen Final, pero en ningún caso puede empeorarla.
2. Si el estudiante opta por renunciar a la Evaluación Continua (ver el apartado Evaluación continua de este Plan Docente), la Nota Final de la Asignatura (NFA) se calcula del siguiente modo:
NFA = EX
Es decir, en caso de renunciar a la Evaluación Continua (EC), la Nota Final de la Asignatura (NFA) será directamente la nota obtenida en el Examen Final (EX).
Observación importante: Conviene recordar y remarcar que tanto la tarea de las PEC como las Prácticas y el examen son tareas absolutamente individuales. El correcto seguimiento de la asignatura compromete a realizar las actividades propuestas de manera individual y según las indicaciones que pauta este Plan Docente. En caso de no hacerlo así, en ningún caso dichas actividades podrán ser superadas. Por otro lado, y siempre a criterio de los Estudios, el incumplimiento de este compromiso puede suponer que no se permita superar ninguna asignatura mediante evaluación continuada ni en el semestre en curso ni en los siguientes.
El consultor os guiará y orientará a través del Tablón del aula para qué podáis hacer un buen seguimiento de la asignatura. También responderá las dudas que vayan surgiendo en los Foros del aula así como las consultas y comentarios enviados a su buzón personal.
El consultor también hará un seguimiento personalizado de la evaluación continua, revisará todas las PEC y prácticas entregadas y comentará de forma cualitativa a nivel grupal y/o individual la resolución. Estos comentarios os ayudarán a progresar en vuestro aprendizaje y adquirir el conjunto de las competencias.
Se recomienda que todas las dudas que aparezcan durante el transcurso de la asignatura se planteen en el Foro del aula, siendo más enriquecedor para todos los estudiantes ya que pueden compartir dudas y conocimientos.