ARTÍCULOS CIENTÍFICOS

 

Validación del simulador químico equilibrio
Iónico: Ácido - Base

 

Validation of Chemical Simulator Ionic
Balance: Acid - Base

 

 

Figueroa Soliz, Alberto Leandro
Docente - Facultad de Agronomia Universidad Mayor de San Andrés
albfig_2000@yahoo.es La Paz, Bolivia
Fecha de Recepción: 27 de diciembre de 2019 Fecha de Aprobación: 11 de marzo de 2020 en reunión de comité editorial.

 

 

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Resumen

La presente investigación se llevó a cabo con el propósito de realizar la validación del Simulador Químico con el tema Equilibrio Iónico: Ácido - Base, construido a partir del conocimiento de los estudiantes de la materia de Química General y el contenido del tema, para tal efecto participaron 38 estudiantes que cursaron la materia de Química General paralelo "C" de la Carrera de Ingeniería Agronómica de la Universidad Mayor de San Andrés en la gestión II/2018. Posterior al diseño y construcción del Simulador Químico en trabajo de gabinete, se procedió a la determinación de la validación del simulador mediante el criterio de expertos con la participación de 25 docentes dedicados a la enseñanza de la Química. La validación mediante el criterio de expertos se realizó en dos dimensiones: comprensión y predicción, en ambos casos se obtuvieron valoraciones de aceptable; de manera general el Simulador Químico alcanza un coeficiente de confiabilidad de aceptable, pudiendo ser utilizado como un recurso pedagógico en la materia de Química.

Palabras clave. Simuladores, Percepción estudiantil, Validación de propuesta, Criterio de expertos.

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Abstract

This research was conducted with the purpose of carrying out the validation of the Chemical Simulator based on the topic Ionic Balance: Acid - Base was built from students' perception of the subject General Chemistry and the content of the topic. To this end the parti cipants were 38 students who took the subject of General Chemistry Parallel "C" from the Agronomic Engineering Department of Mayor de San Andrés University in term II/2018. Subsequently, after the design and the construction of the Chemical Simulator, in the secondary research the simulator was validated by means of the experts' criteria with the participation of 25 professors dedicated to Chemistry teaching. The experts' validation criteria were carried out in two dimensions: understanding and prediction, in both cases the assessment obtained was that categorized as acceptable; in general, the Chemical Simulator reaches an acceptable reliability coefficient according to the experts' criteria and it can, thus, be used as a pedagogical resource in Chemistry.

Keywords. Simulators, student perception, proposal validation, expert criteria.

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1. Introducción

La Química es una ciencia natural de carácter experimental que tiene como objeto de estudio la materia, la transformación, reacción como también la generación de energía; con base en principios, teorías, leyes que responde al fenómeno químico aplicado. También es una ciencia básica debido a que proporciona conocimientos a diferentes áreas, las cuales pueden aplicarlas de manera específica tal es el caso de: La Farmacología, Bioquímica, Productos naturales, Agronomía, Medio ambiente, Petrolera, Industria y Medicina. El aspecto experimental permite aplicar los conceptos teóricos en laboratorios donde se interactúa con los reactivos, instrumentos, equipos; obteniendo datos como resultado del proceso; pero también se da en la naturaleza muchos fenómenos químicos como ser: la lluvia ácida, la fotosíntesis, el efecto invernadero y contaminaciones medio ambientales.

El papel desempeñado por la Química Computacional ha sido referenciado desde la concesión del premioNobel de Química a Rudolph A. Marcus en 1992, Walter Kohn y John A. Pople en 1998 quienes obtuvieron el premio nobel por su trabajo "Electron transfer reactions in chemistry. Theory an experiment" en 1992 (Valles-Sánchez, Rosales-Marines, Serrato-Villegas y Farías-Cepeda, 2014), en estos casos desde la Química teórica, misma que se caracteriza por desarrollar conceptos teóricos fundamentalmente en la Química Cuántica con un alto nivel de cálculo, ecuaciones diferenciales y operaciones unitarias, recurren al apoyo de la computadora para resolver este complejo sistema de la materia.

En el año 2013 se otorgó el premio nobel a los investigadores: Martin Karplus, Michael Levitt y Arieh Warshel por el desarrollo de modelos químicos complejos (Development of Multiscale Models for Complex Chemical Systems) con ayuda de simuladores aplicando teorías de Física y Química. Todo ello demuestra que los resultados de la aplicación de la Química Computacional no

solo pueden ser aplicados de manera exclusiva a la Química pura, también es posible aplicarlos a la Farmacología, Biología Molecular y Química Orgánica e inorgánica (Valles-Sánchez et al., 2014). Entonces la Química Computacional proporciona apoyo determinante en el estudio de la materia desde los complejos cálculos matemáticos hasta realizar simulaciones que permiten una adecuada comprensión e interpretación de la propia Química.

La Universidad Estatal a Distancia (UNED) de Costa Rica en el año 2012 elaboró un Plan de Mejoramiento en el cual se incluye el Programa de Producción Electrónica Multimedial con el objetivo de la realización de buenas prácticas de producción de materiales multimedia entre ellos la construcción de laboratorios virtuales y cuya convocatoria fue realizada a universidades del mundo, siendo que la Universidad de Colorado en Boulder Estados Unidos, específicamente el Centro Physics Education Technology, PhET (Tecnología de la educación de la física) que en sus inicios llega a desarrollar simulaciones aplicativas para física, apertura su experiencia para otras áreas como la Química, llega a satisfacer las expectativas en el diseño y construcción de los laboratorios virtuales y simuladores (Universidad Estatal a Distancia [UNED], 2012).

El trabajo desarrollado por Physics Education Technology (PhET) fue exitoso a partir de una planificación, teniendo reuniones semanales entre los desarrolladores de las aulas virtuales y simuladores con expertos en física y química, con la finalidad de cumplir estándares de accesibilidad, usabilidad, ambiente amigable, diseño instruccional, mediación pedagógica, pero también la participación de los estudiantes que evaluaron y validaron los productos (UNED, 2012). En la actualidad los productos de PhET tienen una alta aceptación ofertando una variada posibilidad de experimentos en Física, Química y Biología con un entorno 3D que provoca una inmersión en el laboratorio virtual de Química.

 

2. Materiales y Métodos

El objetivo de la presente investigación es: Validar el Simulador Químico en el tema Equilibrio Iónico: Ácido-Base correspondiente a la materia de Química General, para lo cual hemos empleado el criterio de expertos a través del pronóstico dado por la experticia sobre la actividad, siendo un estudio del tipo cualitativo (Hernández y Robaina, 2017).

El Simulador Químico Equilibrio Iónico Ácido - Base fue construido con base al conocimiento que tenían los estudiantes sobre este recurso didáctico para lo cual se organizó un taller referente alos simuladores químicosy su utilidad práctica en el desarrollo del tema Equilibrio Iónico: Ácido - Base con la participación de 38 estudiantes de la materia de Química General de la Carrera de Ingeniería Agronómica Paralelo "C" de la Universidad Mayor de San Andrés, posteriormente se aplicó un cuestionario con la finalidad de conocer la percepción de los estudiantes respecto a los simuladores desde su criterio (Anexo N° 1). Con base a los criterios identificados y el contenido del tema Equilibrio Iónico: Ácido - Base de la materia de Química General, se realizó el trabajo en gabinete donde se diseñó y construyó el Simulador Químico, inicialmente utilizando el programa Microsoft Excel y posteriormente llevando a una aplicación denominado "SQ simulador químico v1.0 Equilibrio Iónico Ácido - Base" para celulares con sistema operativo móvil Android.

Para realizar la validación del Simulador Químico, la muestra en la investigación fue dirigida, se seleccionó a los expertos que, según Hernández (2001) son profesionales con competencias en: capacidad de análisis, ofrecer valoraciones conclusivas, realizar recomendaciones sobre la base de la actividad del especialista, nivel y profundidad de conocimiento del área que se pretende valorar (Anexo N° 2). Estudios realizados por Skulmoski, Hartman y Krahn (2007) referente a la determinación del número de expertos,

indica que está condicionado al perfil que deban tener los expertos referente al tema de análisis, además, indica que si tenemos un grupo homogéneo necesita una muestra de entre 10 a 15 expertos, si el grupo es heterogéneo en su perfil, pueden requerir hasta varios cientos de expertos. Para López-Gómez (2018), es importante considerar que "el panel de expertos implica llevar a cabo un proceso nominativo a partir de una propuesta formal a expertos reconocidos y relevantes en el tema de investigación, ya sea por sus conocimientos y/o experiencia, junto a su disposición a participar" (p. 16).

La competencia de los expertos (k) se manifiesta por el coeficiente que se determina a través de la fórmula, según Hernández (2001):

k = 0,5 (Kc + Ka)

Dónde: Kc representa el nivel de conocimiento sobre el tema que se plantea en la investigación y Ka es el coeficiente de argumentación de sus criterios. Hernández (2001), plantea los siguientes rangos:

0,8 ≤ k ≤1 Coeficiente de competencia alta.

0,5 ≤ k < 0,8 Coeficiente de competencia media.

k < 0,5 Coeficiente de competencia baja.

Se determinó la participación de 25 docentes de diferentes unidades académicas que están relacionados con la enseñanza de la Química los cuales obtuvieron coeficientes de competencia (k) en los rangos entre media y alta. (Tabla 1), este tamaño de la muestra es aceptable toda vez que el mínimo para este tipo de estudios es de 10 expertos según Hernández (2001). El cálculo para determinar el coeficiente de competencia se realizó con el archivo: Validación de propuestas método FM10, Selección de expertos, en formato Microsoft Excel.

Una vez seleccionados los expertos, se les proporcionó una planilla de valoración con 10 preguntas o casos de valoración (Anexo N° 3), también se les proporcionó el Simulador Químico y una batería de ejercicios relacionados con el tema Equilibrio Iónico: Ácido - Base. Se aplicó el procedimiento de validación de propuestas por el método MF10 (Figueroa y Flores, 2010). Los criterios de valoración tienen la siguiente escala: Muy adecuado = 5; Bastante adecuado = 4; Adecuado = 3; Poco adecuado = 2 y No adecuado = 1.

Si bien los expertos realizaron la valoración del Simulador Químico de manera personal sin que exista comunicación entre ellos, el método persigue que pueda obtenerse un grado de consenso de manera general en la valoración de los expertos donde el resultado sea consistente acerca del Simulador Químico el cual se expresa mediante un coeficiente de confiabilidad con la siguiente escala:

Coeficiente de confiabilidad (ausencia) 0,0 a 0,59

Coeficiente de confiabilidad (aceptable) 0,60 a 0,99

Coeficiente de confiabilidad (ideal)          1

Para el análisis de los datos de la valoración (Anexo N° 4) se utilizó el archivo: Validación de propuestas método FM10, en formato Microsoft Excel.

 

3. Resultados

El taller realizado con los estudiantes referente al análisis de los simuladores y posterior aplicación del cuestionario, identificó que tienden a utilizar herramientas TICs como ser: computadoras y celulares en un 65,9% de manera simultánea para realizar sus trabajos académicos (Figura 1), indican que en la Facultad, el celular utilizan un 28,9% con frecuencia en las redes sociales como el Facebook, WhatsApp, mientras que en su domicilio utilizan el computador. En su totalidad los estudiantes consideran que utilizar simuladores en Química les ayuda a comprender de mejor manera la materia por ser práctico y motivador, así mismo consideran que tener simuladores en aplicaciones para celulares es recomendable por ser práctico y útil, que deben englobar los aspectos inherentes al tema desarrollado en la materia con el nivel y profundidad correspondiente de acuerdo al desarrollo del contenido temático pudiendo ser útil el simulador al analizar e interpretar resultados en teoría como en laboratorio.

El trabajo en gabinete permitió sistematizar el tema Equilibrio Iónico: Ácido - Base de la materia de Química en forma creciente al nivel de complejidad de los casos a presentarse como se tiene en la Tabla 2.

En la construcción del Simulador Químico se determinó que la entrada de los datos debe tener variabilidad respecto a los valores asignados permitiendo generar diferentes casos en el estudio. Inicialmente fue construido en Microsoft Excel (Figura 2 y 3) y posteriormente desarrollado para sistema operativo Android con el software Android Studio 3.3.2 que es el Entorno de Desarrollo Integrado (IDE) oficial para el desarrollo de aplicaciones y basado en JVM (Java Virtual Machine) y JDK (Java Development Kit) versión 1.8.0_202.l. La aplicación funciona correctamente en celulares con sistema operativo Android 5.1.1 (Lollipop) o superior (Figura 4 y 5).

La validación del Simulador Químico se inició con la determinación de la dimensión de la comprensión sobre el aprendizaje sobre el tema: Equilibrio Químico, generando datos dispersos en la valoración sin embargo la moda y mediana es de 4, los valores medios obtenidos están entre 3,36 a 3,88 siendo superiores a 3 como valor mínimo referencial asumiendo como aceptado y adecuado el aspecto de comprensión, (Tabla 3) es decir para los expertos en su valoración, el Simulador Químico permite comprender en los estudiantes aspectos como ser: características de los ácidos y bases en su comportamiento, la composición de las sales y su relación con el pH, procesos de titulación y pertinencia de los indicadores, comprender las funciones de los tampones y lo más importante permite inducir al estudiante a plantear casos variados con diferentes soluciones y concentraciones.

Analizando la validación del Simulador Químico respecto a la predicción, la valoración determina valores dispersos con una media entre 3,36 a 3,52 superiores a 3 como valor mínimo referencial siendo aceptado como adecuado el aspecto de predicción (Tabla 3) como ser: la confirmación de los resultados del pH del simulador con los obtenidos en la teoría, obtener resultados de acuerdo a diferentes casos de: ácidos, bases, sales, titulaciones, mezclas y tampones, resultados del simulador relacionados con las características del fenómeno químico que se desarrolla, los resultados obtenidos con el simulador pueden convertirse en referentes para el trabajo en el laboratorio de los estudiantes.

La validación del Simulador Químico obtiene un coeficiente de confiabilidad de 0,7926482 que comparando con la escala referencial del coeficiente de confiabilidad se considera como aceptable (Tabla 3).

Cuando los criterios de valoración son: Poco adecuado o No adecuado se recomienda realizar el ajuste correspondiente en la propuesta, en el caso de la presente investigación obtuvieron en las 10 preguntas de valoración, criterios entre Adecuado y Bastante adecuado, lo que implica que el Simulador Químico desde el plano teórico puede ser considerado aceptado.

 

4. Discusión

Los expertos son considerados en función de la experticia en el tema a valorar, el conocimiento y la actividad que desarrolla, es decir, la actividad empírica es importante debido a estar relacionado de manera directa en la actividad de estudio, sin ser determinante los grados académicos (Hernández, 2001), en este sentido, consideramos de mucha importancia la experticia que se obtiene mediante el ejercicio permanente en la enseñanza de la Química a nivel universitario, donde se puede identificarlos distintos problemas que los estudiantes tienen en el desarrollo académico de esta ciencia. Participaron en la investigación 25 expertos que alcanzaron un coeficiente de experticia satisfactorios entre 0,75 a 0,9 que para Fernández y López (2013) podemos considerar que los expertos tienen una competencia aceptable para analizar y emitir criterios considerados confiables para nuestra investigación.

Respecto a la construcción del Simulador Químico, este se encuentra estructurado sobre la base de las dimensiones comprensión y predicción; en la validación se planteó preguntas a los expertos sobre el Simulador Químico en función de estas dos dimensiones, registrándose valores de 3,36 a 3,88 en un rango de 1 a 5, podemos indicar que los valores obtenidos son considerados como aceptables en la constitución del Simulador Químico.

La validación total del simulador alcanza un coeficiente de confiabilidad de 0,7926482 al respecto Fernández y López (2013) consideran un valor de aceptable, que refleja de manera general la estabilidad del simulador, permitiéndonos aplicar el instrumento con la seguridad de éxito para el cual fue construido, en nuestro caso como un instrumento pedagógico.

 

5. Conclusiones

La investigación sobre la validación del Simulador Químico para el tema Equilibrio Iónico: Ácido - Base correspondiente a la materia de Química General se realizó procedimentalmente de manera sistematizada llegando a establecer lo siguiente:

•    Los expertos fueron seleccionados en función de la experiencia en la docencia universitaria, enseñando la materia de Química General, obteniendo valores de coeficientes de competencia aceptable, el cual nos permite realizar la validación de manera confiable.

•    La validación del Simulador Químico por los expertos en la dimensión compresión, otorgan valoraciones como aceptadas y adecuadas siendo que el estudiante tendría la capacidad en base a sus conceptos teóricos previos de explicar el comportamiento de las soluciones de los ácidos fuertes y débiles, bases fuertes y débiles, las sales en función de su origen, las titulaciones en los diferentes momentos dentro la curva de titulación, los tampones como soluciones que impiden el cambio brusco del pH y el uso de los indicadores.

•    La dimensión predicción tiene una valoración por el criterio de los expertos como aceptado y adecuado, donde los estudiantes pueden predecir resultados en los casos específicos y las particularidades que tienen las sustancias químicas en soluciones.

• De forma general la validación del Simulador Químico mediante el criterio de expertos llega al resultado de aceptado en base al coeficiente de confiabilidad.

La presente investigación se constituye en un aporte para la enseñanza de la Química en forma específica y de manera general para la enseñanza de otras ciencias como las Matemáticas y Física en el sentido de utilizar los Simuladores como una herramienta pedagógica que permite desarrollar la comprensión y predicción en el marco de una educación innovadora.

 

6. Bibliografía

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7. Anexo