Desarrollando el pensamiento computacional en estudiantes de química: una mirada a la integración del aprendizaje automático en el plan de estudios universitario
Authors: Pérez-Guaita David , Sánchez Illana Ángel , Esteve Turrillas Francesc A , Gallart Mateu Daniel , Pardo Marín Olga 
Published: December 2024

La integración de herramientas computacionales y de lenguajes de programación, especialmente en los ámbitos del aprendizaje automático y la quimiometría, es cada vez más demandada en la investigación y práctica química contemporánea. En este sentido, este estudio tuvo como objetivo evaluar las habilidades computacionales del alumnado del Grado en Química, así como proponer metodologías basadas en software de código abierto que puedan utilizarse en la enseñanza de quimiometría a estudiantes con habilidades computacionales limitadas. Primero, a través de una evaluación exhaustiva utilizando una serie de encuestas realizadas sobre 56 alumnos a lo largo del Grado en Química de la Universitat de València, examinamos sus conocimientos sobre diversas herramientas computacionales y lenguajes de programación relevantes para la química. Nuestros hallazgos subrayan limitaciones significativas en la comprensión del pensamiento computacional del alumnado, lo que limita sus capacidades a la hora de participar de manera efectiva en metodologías computacionales avanzadas, cruciales para la práctica de la química hoy en día. De hecho, el 39% del alumnado percibió que tenían conocimientos de programación en el primer año (cuando reciben clases de programación); sin embargo, sorprendentemente, este valor disminuyó al 0% para el alumnado de tercer y cuarto año, lo que indica que los conocimientos de programación no se estaban utilizando más allá del segundo año. Sin embargo, en medio de estos desafíos, nuestro estudio también destaca un interés creciente en adquirir nuevas competencias computacionales. A pesar de las brechas existentes en su conocimiento, el estudiantado encuestado expresó interés en aprender y dominar estas nuevas habilidades, reconociendo su importancia en la resolución de problemas de la química analítica. En respuesta a estas deficiencias, propusimos estrategias concretas para mejorar esta brecha entre el pensamiento computacional y la química analítica. Estas intervenciones tenían como objetivo reforzar la competencia del estudiantado en la aplicación de la quimiometría y el machine learning, así como fomentar una comprensión más profunda de las metodologías computacionales en los casos en las que las competencias en programación fueran limitadas. Específicamente, evaluamos la integración de ejercicios prácticos utilizando herramientas de programación interactivas y visuales como el paquete de herramientas Orange y el uso de scripts intuitivos de MATLAB, que enfatizaban la aplicación práctica de técnicas computacionales en el abordaje de desafíos químicos reales. Estas actuaciones se realizaron en los postgrados Técnicas Experimentales en Química y Máster Universitario en Química y fueron evaluadas mediante encuestas (N=41) antes y después del uso de las herramientas, evidenciando estos softwares como muy adecuados para la enseñanza de competencias de computación y químiometría. Sin embargo, a largo plazo, es necesario que estas habilidades de programación se adquieran y fortifiquen durante el grado, siendo reforzadas en otras asignaturas mediante el uso de software de programación para resolver cálculos complejos