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INCIDENCIA DE UNA SECUENCIA DIDÁCTICA SOBRE LOS MODELOS HISTÓRICOS DE LA LEY DE BOYLE EN LAS CONCEPCIONES DE NATURALEZA
DE LA CIENCIA (NdC) EN PROFESORES EN FORMACIÓN DE CIENCIAS
ALEJANDRO LEAL CASTRO
Trabajo de grado como requisito parcial para optar al título de Magíster en Educación
Directora EDNA ELIANA MORALES OLIVEROS
Magíster en Educación
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN MAESTRIA EN EDUCACIÓN
IBAGUÉ-TOLIMA 2015
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DEDICATORIA
A mis padres; este trabajo de grado es tan de ellos como mío.
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AGRADECIMIENTOS
Agradezco a todas aquellas personas que colaboraron para la realización de este
trabajo. De manera especial, a la profesora Edna Eliana Morales. Sus lecturas
juiciosas y significativos aportes fueron vitales. Los diálogos entablados se
caracterizaron por la crítica, deliberación y respeto, lo cual estuvo acompañado de
necesarias preocupaciones que alimentaron este proceso formativo.
Igualmente, expreso mi agradecimiento al grupo de investigación Didáctica de las
Ciencias, por permitirme, durante esta estancia de dos años largos, afianzar
algunas ideas, generar dudas y discutir colectivamente los avances del proyecto.
Todo ello, con la intención de mejorar los procesos de intervención didáctica en la
enseñanza de las ciencias. Asimismo, al Fondo de Investigaciones y Desarrollo
Científico de la Universidad del Tolima debido a su cooperación en la financiación
del proyecto.
Por último, pero no de último, a los estudiantes del curso de Didáctica de la Física
del programa Licenciatura en Educación Básica con Énfasis en Ciencias Naturales y
Educación Ambiental de la Universidad del Tolima. Sin ellos, hubiera sido imposible
realizar este trabajo. Sus modelos mentales reflejan la versatilidad de la mente
humana y el placer de la polisemia.
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CONTENIDO
Pág. INTRODUCCIÓN 16 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 19 2. OBJETIVOS 22 2.1 OBJETIVO GENERAL 22 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 22 3. JUSTIFICACIÓN 23 4. ESTADO DEL ARTE 27 4.1 LA ENSEÑANZA DE LA NATURALEZA DE LA CIENCIA (NdC) 28 4.1.1 Enfoques explícito/implícito 28 4.1.2 Contextos 31 4.1.3 La HC en la enseñanza de la física 35 5. MARCO TEÓRICO 46 5.1 TEORÍAS Y LEYES SEGÚN LA VISIÓN SEMÁNTICA DE CIENCIA 46 5.1.1 La noción de modelo 50 5.1.2 Teorías y leyes científicas 54 5.2 EL CONTEXTO HISTÓRICO DE LA LEY DE BOYLE 59 5.2.1 La Teoría cinética de gases 59 5.2.2 La ley de Boyle 62 5.3 LA NATURALEZA DE LA CIENCIA (NdC) DESDE UNA PERSPECTIVA DE MODELOS 83 6. MÉTODO 86 6.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 87 6.2 UNIDADES DE ANÁLISIS 90 6.3 UNIDADES DE TRABAJO 93 6.4 LA SECUENCIA DIDÁCTICA: EL ESTUDIO DE LA LEY DE BOYLE: CONTANDO HISTORIAS DE LA HISTORIA DE LA CIENCIA 94 7. RESULTADOS Y ANÁLISIS 99 8. CONCLUSIONES 155 RECOMENDACIONES 168 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 169 ANEXOS 181
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LISTA DE TABLAS
Pág Tabla 1. Sistema categorial para la NdC construido a partir de los planteamientos de Adúriz (2001-2005). 90 Tabla 2. Sistema categorial para los modelos construido a partir de los planteamientos de Justi y Gilbert (2003). 91 Tabla 3. Modelos históricos presentes en la formulación de la Ley de Boyle construidos a partir de Webster (1965). 92 Tabla 4. Presentación Secuencia Didáctica. 94 Tabla 5. Título de cada minicuento. 96 Tabla 6. Preguntas de cada lectura – cuento. 97 Tabla 7. Análisis de los modelos expresados sobre la medición y el volumen del aire. 109 Tabla 8. Matriz de conclusiones sobre las concepciones iniciales de NdC en los maestros en formación de ciencias naturales. 156
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LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Enseñanza de la NdC 30 Figura 2. Propuesta de disciplina – cultura en la Física 36 Figura 3. Elementos de un informe científico 53 Figura 4. Facto 58 Figura 5. Aparato diseñado por Gasparto Berti 63 Figura 6. El montaje experimental de Torricelli 65 Figura 7. El experimento carpa – vejiga 67 Figura 8. La bomba de vacío 72 Figura 9. Tubo en forma de “J” 80 Figura 10. Definición de NdC 83 Figura 11. Diseño metodológico. Fase 1 88 Figura 12. Diseño metodológico. Fases 2 y 3 89 Figura 13. Modelo iconográficos expresado. Ideas de transferencia. Grupo1 114 Figura 14. Modelo iconográfico expresado. Ideas de transferencia. Grupo 7 114 Figura 15. Modelo iconográfico expresado. Ideas de transferencia. Grupo 5 114 Figura 16. Modelo iconográfico expresado. Unidades de medida. Grupo 4 115 Figura 17. Modelo iconográfico expresado. Unidades de medida. Grupo 3 116 Figura 18. Modelo iconográfico expresado. Unidades de medida. Grupo 2 116 Figura 19. Modelo iconográfico expresado. Unidades de medida. Grupo 7 117 Figura 20. Modelo iconográfico expresado. Las fuerzas en el sistema físico. 118 Grupo 6 Figura 21. Modelo iconográfico expresado. Las fuerzas en el sistema físico. 118
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Grupo 3
Figura 22. Diagrama de fuerzas. Grupo 2 119 Figura 23. Modelo iconográfico expresado. Idea de vacío. Profesor A 121 Figura 24. Modelo iconográfico expresado. Vacío experimental. Profesor C 121
Figura 25. Modelo iconográfico expresado. Vacío experimental. Profesor F 122
Figura 26. Actividad Lectura I. Profesor V 127
Figura 27. Actividad Lectura I. Profesor F 127
Figura 28. Actividades Lectura II. Profesor J 128
Figura 29. Actividades Lectura II. Profesor S 128
Figura 30. Actividades Lectura II. Profesor B 131
Figura 31. Actividades Lectura III. Profesor G 131
Figura 32. Cartelera sobre el papel de las suposiciones. Grupo 5 133
Figura 33. Cartelera tópicos de la NdC. Grupo 2 134
Figura 34. Cartelera experimentos Berti -Toricelli. Grupo 3 136
Figura 35. Modelos iconográficos situaciones físicas (A). Profesor A 140
Figura 36. Modelos iconográficos situaciones físicas (A). Profesor C 141
Figura 37. Modelos iconográficos situaciones físicas (B). Profesor F 142
Figura 38. Modelos iconográficos situaciones físicas (B). Profesor L 142
Figura 39. Modelo iconográfico situaciones físicas (C). Profesor E 142
Figura 40. Modelo iconográfico situaciones físicas (C). Profesor J 142
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LISTA DE ANEXOS
Pág Anexo A. Actividad 1, fase 1, etapa 2 181 Anexo B. Actividad 2, fase 1, etapa 2 184 Anexo C. Actividad 3, fase 1, etapa 2 185 Anexo D. Lectura Inicial de la Secuencia Didáctica 186 Anexo E. Lectura I. Las discusiones entre Aristotélicos y Atomistas 188 Anexo F. Lectura II. El interés por la producción experimental de vacío 190 Anexo G. Lectura III. La bomba de vacío y el tubo en forma de “J” 193 Anexo H. Actividad 1, fase III 195
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RESUMEN
Este documento pretende comprender la incidencia de una secuencia didáctica de los
modelos históricos presentes en la constitución de la Ley de Boyle en las concepciones
de NdC de un grupo de profesores en formación de ciencias naturales de la
Universidad del Tolima. En virtud del anterior propósito se asume como premisa
principal que la NdC es un metacontenido con alto valor educativo que puede y debe
ser enseñado y aprendido.
Para esto, han sido planteados diferentes enfoques y contextos. En particular, se
destaca la Historia de la Ciencia (HC) por su potencial para la enseñanza y el
aprendizaje en y sobre la ciencia. A la par de estas reflexiones de corte histórico, el otro
hilo conductor del presente trabajo de grado es la visión semántica de ciencia, que
presenta como aspecto central la noción de modelo.
A partir de estas consideraciones, se realiza un escrutinio conceptual en torno a la idea
de teorías y leyes científicas desde la visión semántica de ciencia. Posteriormente, se
presenta una discusión teórica sobre el contexto histórico que permitió la formulación
de la Ley de Boyle y, finalmente, se escriben unas líneas acerca del concepto de NdC
desde una perspectiva de modelos.
Este abordaje teórico permite establecer tres modelos históricos presentes en la
formulación de dicha Ley tales como la discusión filosófica sobre el vacío, el interés por
la producción de vacío experimental y, en última instancia, la construcción de la bomba
de vacío y el tubo en forma de “J”. Sobre la base de lo anterior se diseña e implementa
la Secuencia Didáctica (SD) denominada “El estudio de la Ley de Boyle: Contando
historias de la historia de la ciencia”.
A nivel metodológico, se recurre a un estudio de tipo cualitativo. Para comprender la
incidencia de esta SD se implementa como método el análisis de contenido con sus
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respectivos sistemas categoriales y unidades de trabajo; estas últimas seleccionadas a
partir de un muestreo intencional. El universo documental recopilado que consta de la
aplicación de algunas cuestiones provenientes del Cuestionario de Opiniones sobre
Ciencia, Tecnología y Sociedad (COCTS), evidencias escritas, representaciones
gráficas y discusiones verbales permite suscitar reflexiones alrededor de la incidencia
que dicha secuencia presenta en las concepciones de NdC de este grupo de
profesores en formación.
Así las cosas, se establece a manera de corolario que a través de esta intervención
didáctica se evidencia evolución en diversos tópicos de la NdC tales como la
importancia de las suposiciones en el progreso científico, reconociendo que éstas no
siempre tienen que ser verdaderas, también se destaca la relevancia de los errores en
la práctica científica y el papel de las comunidades científicas. De hecho, la ciencia es
un esfuerzo humano de carácter colectivo. Además se hace alusión a que el
conocimiento en la ciencia no crece de manera lineal ni acumulativa y que el tipo de
conocimiento que proviene de la ciencia se caracteriza por la provisionalidad, entre
otros hallazgos.
Palabras clave: concepciones de Naturaleza de la Ciencia (NdC), Historia de la
Ciencia (HC), visión semántica de ciencia, modelo, Ley de Boyle.
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ABSTRACT
This paper aims to comprehend the impact of a didactic sequence about the historical
models on the foundation of the Law of Boyle above NoS conceptions in a group of
preservice teachers who belong to the Universidad del Tolima. Based on that purpose it
is assumed as rationale the NoS is a meta-knowledge with high educational value which
can and should be taught and learned.
According to that, it has been set up differents approaches and context. Specially, it
highlights the History of Science (HOS) due to its potential for teaching and learning
inside and outside of the science. At the same time on those historical reflections, the
other main scheme in this thesis is the semantic vision of science that introduces as key
aspect the notion of model.
From those assumptions, it is carried out a conceptual debate between the idea of
scientifics theories and laws in the semantic vision of science framework. Subsequently,
it is showed a theoretical discussion about the historical context that allowed the
constitution of the Law of Boyle and, at the end, it is written some lines around NoS
concept from the perspective models.
This theoretical focus allows to set up three historical models in the formulation of the
Law of Boyle such as the philosophical discussion about the vacuum, the intrigue by the
produce experimental vacuum and, finally, the air pump construction and the “J” tube.
Based on the above, it is designed and implemented the didactic sequence called “The
study of the Law of Boyle: Telling stories from the History of Science”
At the methodological level, it is used a qualitative study. In order to comprehend the
didactic sequence incidence is set up as method, the content analysis with its their
respective categories systems and job units; those last were selected from a purposive
sampling. The documentary universe collected which contains the application of some
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questions from the Questionnaire of Opinions on Science, Technology and Society
(QOSTS), written evidences, pictorial representations and verbal discussions has
aroused reflections concerning the impact of this sequence on the NoS conceptions in
those preservice teachers.
Thus, it is established as a conclusion that the educational intervention allows to make
evidence evolution in several topics of the NoS such as the importance of the
assumptions in scientific progress, recognizing that those do not always have to be true,
it also highlights the relevance of the wrongs in scientific practice and the role of
scientific communities. In fact, the science is a human endeavor of collective nature.
Furthermore, it is referred to that knowledge in science it does not grow linear nor
accumulative way and that the type of knowledge which comes from science is
characterized by tentativeness, among others findings made.
Keywords: conceptions of the Nature of Science (NoS), History of Science (HOS),
semantic vision of science, model, Law of Boyle.
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INTRODUCCIÓN
Algunas corrientes de la didáctica de las ciencias han ubicado como objetivo prioritario
de la enseñanza de las ciencias impulsar la alfabetización científica, permitiéndole al
común de los ciudadanos comprender los conceptos, las categorías y el
funcionamiento sobre las ciencias y sus procesos, lo cual implica que los docentes en
formación de ciencias cuenten con una formación en aspectos relacionados con la
Naturaleza de la Ciencia (NdC). La reflexión sobre este propósito de la enseñanza de
las ciencias y sus posibilidades de desarrollo práctico ha conducido a la realización de
diversas investigaciones que tienen por objeto indagar el nivel de apropiación,
comprensión y uso de las categorías y procesos que se asocian al constructo NdC.
Es así como la NdC, a partir de la década de los 90, se ha constituido en un
componente principal de la alfabetización científica, convirtiéndose en importante objeto
de reflexión para la didáctica de las ciencias. En particular, hay que destacar que la
NdC es un metacontenido con alto valor educativo que puede ser enseñado y
aprendido. Para esto, según Acevedo (2009) es necesario su abordaje de manera
intencional y explícita en contextos tales como la historia de la ciencia, las cuestiones
sociocientíficas y las actividades de trabajo práctico en el laboratorio.
De estos contextos, la Historia de la Ciencia, por su acrónimo HC, es un medio idóneo
para comprender los procesos, los conceptos, las categorías, y el funcionamiento de la
actividad científica, dado que, entre otros aspectos, establece una interacción entre
ésta y el mundo de las ideas. Sumando a esta importancia de la Historia de la Ciencia
(HC) para la enseñanza y el aprendizaje de la NdC, también es menester resaltar la
necesidad de centrar la enseñanza de las ciencias basada en la construcción de
modelos. En concreto, los dos hilos conductores que soportan el presente trabajo
provienen tanto de la Historia de la Ciencia como de la visión semántica de ciencia, que
presenta como elemento central la noción de modelo en tanto práctica normal de la
ciencia.
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A partir de este corpus teórico se ha seleccionado un saber objeto de enseñanza que
son los modelos históricos presentes en la formulación de la Ley de Boyle. Este tema
es de vital importancia en la formación del profesorado de ciencias naturales. De
hecho, los estándares básicos de competencias para el área de Ciencias Naturales y
Educación Ambiental (2002), reconocen para los grados octavo a noveno la necesidad
de comparar los modelos que explican el comportamiento de gases ideales y reales.
Uno de los modelos que explican el comportamiento de los gases es, justamente, la
Ley de Boyle. De este modo, es importante que los futuros licenciados en ciencias
naturales y educación ambiental se pregunten por la naturaleza física de esta ley y, en
especial, por el proceso histórico que le dio origen.
De tal forma, para desarrollar el presente trabajo de grado se estructuraron los
siguientes capítulos: primero, se plantea un problema de investigación que conduce a
una pregunta de investigación. Segundo, se elabora un estado del arte que aborda las
discusiones contemporáneas para la enseñanza de la NdC y se menciona que ésta
debe ser asumida como un contenido que puede ser enseñado y aprendido. De
manera particular, se resalta la Historia de la Ciencia en la enseñanza de la Física y, en
especial, los trabajos que se relacionan con la Ley de Boyle.
En el marco teórico se discute la noción de teorías y leyes a la luz del corpus teórico
que proporciona la visión semántica de ciencia. Aquí, se destaca la noción de modelo
que permite establecer en el plano epistemológico los conceptos de teoría y ley. Más
adelante, se realiza un estudio histórico acerca de la Ley de Boyle que desencadena en
la formulación de tres modelos históricos tales como la discusión filosófica sobre el
vacío, el interés por la producción de vacío experimental y, finalmente, la construcción
de la bomba de vacío y el tubo en forma de “J”. Finalmente, se realiza una
aproximación al concepto NdC desde una perspectiva de modelos.
A nivel metodológico se recurre a un estudio de corte cualitativo con el método de
análisis de contenido. A partir de lo anterior se plantea el diseño metodológico que está
compuesto, básicamente, por tres fases. La primera de ellas permite identificar las
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concepciones de NdC y los modelos mentales iniciales sobre la medición de la presión
y el volumen de una masa de aire, así como su relación (enunciación matemática de la
Ley de Boyle) y, en lo fundamental, su proceso de constitución histórico. En la segunda
fase se abordan los modelos históricos presentes en la constitución de dicha ley a
través de una Secuencia Didáctica titulada “El estudio de la Ley de Boyle: contando
historias de la historia de la ciencia”.
Para terminar, se realiza un ejercicio de simulación experimental que permite discutir
una serie de preguntas formuladas desde la perspectiva de la indagación basada en
modelos. Asimismo, se aplican las mismas cuestiones del Cuestionario de Opiniones
sobre Ciencia, Tecnología y Sociedad (COCTS) trabajadas durante la fase número
uno. A partir del análisis que se deriva del universo documental recopilado se
establecen unas conclusiones que permiten comprender la evolución en las
concepciones de NdC en el grupo de profesores en formación.
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En el ámbito de la enseñanza de las ciencias existe consenso sobre la necesidad de
impulsar una educación científica que le permita a los ciudadanos participar de los
debates tecno científicos propios de su sociedad. Es lo que se ha denominado
alfabetización científica (Bennásar, et al., 2010). De ahí, la necesidad de reflexionar
acerca de los principios fundamentales sobre el funcionamiento actual de la ciencia.
Al interior de la comunidad académica en Didácticas de las Ciencias se ha planteado la
expresión Naturaleza de la Ciencia (NdC) como componente esencial para el logro de
dicha alfabetización científica (Alonso, et al., 2007). De hecho, un objetivo central de la
educación científica es el desarrollo de concepciones adecuadas acerca de la NdC
(Lederman, et. al., 2002). No obstante, numerosos estudios (Arana, 2005; Cardoso,
Erazo & Chaparro, 2006; Cardoso & Morales, 2012; Guisasola & Morentin, 2007; Leal,
2010; Rivas & Aristizábal, 2005) evidencian que tanto profesores como estudiantes
presentan concepciones inadecuadas sobre la NdC, es decir, que no se corresponden
con los consensos sobre lo que contemporáneamente representa la actividad científica.
Estos hallazgos permiten presumir que en estos profesores en formación igualmente se
presenta esta situación. Así lo evidencian los resultados de una investigación realizada
por Leal (2010) que muestran la presencia de concepciones de NdC caracterizadas por
el eclecticismo y con tendencia hacia el positivismo en un grupo de profesores en
formación de ciencias naturales. Es plausible, por lo tanto, pensar que se hace énfasis
en enunciar, definir y axiomatizar –de ser necesario- las leyes y teorías provenientes de
la biología, la física y/o la química, mas no en una reflexión consciente sobre estas
formas de expresar el conocimiento científico, esto es, acerca de su estatus,
diferencias, semejanzas, constitución, desarrollo histórico y formas de validación.
Si estos profesores en formación son poseedores de concepciones inadecuadas sobre
la NdC se pueden convertir en reproductores de una concepción igualmente
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inadecuada en los alumnos que posteriormente van a estar bajo su orientación, lo cual
no favorece la calidad en la enseñanza de las ciencias. De tal forma, las
investigaciones actuales en Didáctica de las ciencias se centran en la idea de mejorar
las concepciones de NdC en estudiantes y profesores, más allá de describirlas,
caracterizarlas o evaluarlas (Lederman, et. al., 2002; García, Vázquez & Manassero,
2012).
Ahora bien, el Proyecto Educativo del Programa (PEP) de la Licenciatura en Educación
Básica con Énfasis en Ciencias Naturales y Educación Ambiental (2009) menciona que
algunos componentes de la Naturaleza de la Ciencia tales como la Epistemología e
Historia de la Ciencia (HC) están relacionados con las disciplinas de las ciencias
naturales. En lo que respecta a esta última se afirma, por ejemplo, que la introducción
de la HC en los programas favorece el aprendizaje científico y permite situarse sobre la
ciencia. En el documento se hace alusión de manera tangencial a la NdC. No obstante,
no se involucra de manera explícita la Historia de la Ciencia (HC) como un
metaconocimiento fundamental para la formación en aspectos que se relacionan con la
NdC.
Esto plantea la necesidad de generar estudios que reflexionen entorno a la enseñanza
y el aprendizaje de la NdC, para lo cual es indispensable articular este constructo
teórico con un tema propio de la enseñanza de las ciencias, como lo es la ley de Boyle.
De ahí que el presente trabajo se propone implementar una Secuencia Didáctica (SD)
sobre los modelos históricos presentes en la formulación de la Ley de Boyle, con el
ánimo de impulsar la alfabetización científica y, de esta manera, contribuir a mejorar la
calidad en los procesos que se relacionan con la enseñanza de las ciencias y, en
particular, de la física, tanto en el ámbito nacional y, en especial, regional.
En virtud de lo anterior, se formula el siguiente interrogante: ¿Cuál es la incidencia de
la aplicación de una Secuencia Didáctica sobre los modelos históricos de la Ley de
Boyle en las concepciones de NdC de un grupo de profesores en formación de
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Ciencias Naturales de la Universidad del Tolima? A partir de este interrogante se
plantean los objetivos del presente trabajo de grado.
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2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Comprender la incidencia de una Secuencia Didáctica sobre los modelos históricos de
la Ley de Boyle en las concepciones de NdC que presenta un grupo de profesores en
formación de ciencias naturales de la Universidad del Tolima.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Identificar las concepciones iniciales de NdC que presenta un grupo de docentes en
formación de ciencias, así como los modelos preliminares sobre la Ley de Boyle y su
proceso de constitución histórico.
- Reflexionar sobre el impacto de la SD en la evolución de las concepciones de NdC y
sus implicaciones en la enseñanza de las ciencias.
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3. JUSTIFICACIÓN
Un indicador del nivel de alfabetización científica de las sociedades es el desarrollo de
concepciones adecuadas o informadas sobre la Naturaleza de la Ciencia (NdC).
(Bennásar, et al., 2010). Para ello es fundamental asumir como premisa que la NdC es
un metacontenido con alto valor educativo que puede ser enseñado y aprendido. Uno
de los contextos más ricos para su enseñanza y aprendizaje es el contexto de Historia
de la Ciencia, bajo el acrónimo HC. De hecho, Lonsbury y Ellis (2002) sostienen que la
HC puede proveer ejemplos concretos que ayudan en la comprensión de los conceptos
asociados a la NdC. En el mismo sentido, Tao (2003) sostiene de manera categórica
que diversos estudios usando la historia de la ciencia han obtenido ganancias positivas
sobre la comprensión de la NdC.
De ahí la necesidad de incorporar la NdC en los currículos de ciencias. Adicionalmente,
Matthews (1994) pone de relieve un conjunto de razones para incorporar la Historia de
la Ciencia en la enseñanza de la ciencia y lo enuncia así:
a. La Historia promueve una mejor compresión de los conceptos y
métodos científicos.
b. Los enfoques históricos conectan el desarrollo del pensamiento
individual con el desarrollo de las ideas científicas.
c. La Historia de la Ciencia tiene un valor intrínseco. Importantes
episodios como el descubrimiento de la Penicilina deberían ser familiares
a todos los estudiantes.
d. La Historia es necesaria para entender la Naturaleza de la Ciencia.
e. La Historia controvierte el cientificismo y el dogmatismo que son
comúnmente encontrados en las clases y textos de ciencias.
f. La Historia, por examinar la vida y los sucesos de los científicos
humaniza y hace menos abstracta la ciencia.
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g. La Historia permite conexiones dentro de los tópicos y disciplinas
de la ciencia, así como con otras disciplinas académicas; la historia
despliega la integración e interdependencia de los logros de la naturaleza
humana (p.50)
Esto permite presumir que las formulaciones de tipo científico son producto de
controversias, aciertos y desaciertos. De este modo, los estudios de corte histórico
evidencian que el progreso en la ciencia no se produce de manera lineal ni
acumulativa, sino que ésta, en tanto proceso de construcción de conocimiento presenta
avances y retrocesos, saltos y sobresaltos. Lo anterior, además, rescata el carácter
humano de la actividad científica. Estas consideraciones acerca del potencial que
presenta la HC posibilitan la inclusión en los currículos de ciencias de aspectos
humanistas tales como la deliberación, la crítica y la reflexión, elementos
fundamentales para lograr una ciudadanía responsable.
Adicional a estos estudios de cariz histórico, la visión semántica de ciencia, que
presenta como elemento central la noción de modelo también es fundamental, si lo que
se pretende es incidir en las concepciones de NdC. Así lo plantea Justi (2006) al
afirmar que la enseñanza de las ciencias basada en modelos pretende situar a los
estudiantes en la comprensión de los modelos científicos y en aspectos relacionados
con la NdC. Es decir, este enfoque por modelos es un medio para desarrollar un
conocimiento en la ciencia y, fundamentalmente, sobre ese mismo conocimiento.
Dado que esta visión semántica se inscribe dentro de las ciencias cognitivas, otro
elemento crucial radica en concebir la actividad científica como una actividad humana.
Esta característica dota de sustento las intervenciones escolares puesto que al mostrar
su preocupación por las formas de representación del ser humano en general, y no
exclusivamente de los científicos, permite reflexionar sobre la construcción de los
modelos mentales de los alumnos. De tal forma, para la fundamentación de la ciencia
escolar, que presenta una epistemología diferenciada de la ciencia de élite, es
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necesario pensar un nuevo marco para el aprendizaje y la enseñanza del razonamiento
científico mediado fundamentalmente por modelos.
En breve, hay dos elementos teóricos de suma importancia en la enseñanza de las
ciencias tales como la HC y la visión semántica de ciencia, los cuales se deben
articular con un tema propio del currículo de ciencias, a saber, la Ley de Boyle. De
hecho, los estándares básicos de competencias para el área de Ciencias Naturales y
Educación Ambiental (2002) reconocen para los grados octavo a noveno la necesidad
de comparar los modelos que explican el comportamiento de gases ideales y reales.
Uno de los modelos que explican el comportamiento de los gases es, justamente, la
Ley de Boyle. En consecuencia, los docentes en formación de ciencias naturales deben
formarse en la naturaleza física de esta ley y, en especial, en su proceso de
constitución histórico.
Cabe destacar que el grupo de investigación Didáctica de las Ciencias ha realizado
estudios a nivel regional sobre la incidencia de las Secuencia Didácticas (SD) en las
concepciones de NdC. Así las cosas, este trabajo se constituye también en un aporte
para los procesos de investigación educativa e intervención didáctica. Es más, en el
ámbito internacional el proyecto sobre Historia y Filosofía de la ciencia en la enseñanza
de la ciencia (HIPST, por sus siglas en inglés) ha desarrollado trabajos sobre la Historia
de la electricidad, el movimiento de los cuerpos desde Aristóteles a Galileo, la
excursión histórica del concepto de peso, entre otros temas, pero no propiamente sobre
dicha Ley. Dado que los estudios sobre la constitución histórica de la Ley de Boyle son
escasos, es necesario también realizar esfuerzos en este sentido.
De ahí la necesidad de plantear una SD sobre los modelos históricos presentes en la
formulación de la Ley de Boyle para comprender cuál es su incidencia en las
concepciones de NdC de un grupo de profesores en formación de ciencias. De tal
forma, el presente trabajo se inscribe dentro de ese marco común de esfuerzos por
mejorar las concepciones de NdC y, en este sentido, pretende aportar en el logro de la
alfabetización científica y, por ende, en la calidad de la enseñanza de las ciencias.
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De lograr lo anterior, se minimiza la posibilidad de que estos próximos licenciados se
puedan convertir en dispensadores, durante su práctica profesional, de concepciones
inadecuadas o ingenuas sobre NdC en los estudiantes que posteriormente formarán, lo
cual puede generar mayor motivación hacia la ciencia y sus procesos, aumentando el
interés por estudiar carreras científicas. Finalmente, propiciar una mejor comprensión
sobre la ciencia puede también incentivar reflexiones sobre las prácticas docentes de
los profesores de ciencias en la región e, inclusive, plantear la necesidad de pensar y,
de ser necesario, reformular el currículo que orienta la formación de estos futuros
licenciados en Ciencias. En la misma línea argumental de Duit (2006) se trata de
propender por una forma alternativa de enseñanza de las ciencias que procure mejorar
tanto las prácticas de aula como los programados destinados a la formación de
profesores.
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4. ESTADO DEL ARTE
El estado del arte que se presenta a continuación se sustenta a partir del objeto de
investigación, es decir, la enseñanza de la Naturaleza de la Ciencia (NdC) desde un
enfoque histórico, recurriendo para ello a un contenido de la enseñanza de la Física
como lo es la Ley de Boyle. Así, para la revisión de literatura se tuvieron en cuenta los
estudios empíricos con sus principales hallazgos y, además, los componentes
conceptuales del objeto de estudio y sus aportaciones didácticas.
Para empezar, se realiza un escrutinio sobre el estado actual del debate en torno a la
enseñanza de la NdC a partir de los enfoques explícito/implícito y de los contextos
sobre las actividades de investigación en el laboratorio, los problemas socio científicos
y, en especial, la historia de la ciencia por sus aportes para mejorar la comprensión
acerca de la estructura, funcionamiento, conceptos y procesos asociados a la NdC.
En particular, se examinan algunas investigaciones relacionadas con la historia de la
ciencia como fuente para enseñar NdC con el ánimo de establecer conclusiones y
detectar elementos que permitan fundamentar el presente estado del arte. Más
adelante, se realiza un tratamiento similar en el ámbito específico de la enseñanza de
la Física y, de manera particular, de la Ley de Boyle.
Para indagar en los estudios referidos se hizo necesario establecer algunos criterios
que permitieron orientar la búsqueda, selección y procesamiento de información, tales
como:
- Detectar los trabajos sobre la enseñanza de la NdC y, de manera especial, aquellos
que integran la Historia de la ciencia con los contenidos científicos propios de la Física,
en la medida que éstos direccionan la discusión de los resultados, los procesos de
elaboración y validación de instrumentos.
- En este sentido, son fundamentales los aportes de Matthews, Galili, Solbes y Texeira
en lo referente a los usos y argumentos para incluir la historia y la filosofía de la ciencia
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en las clases de ciencias y, en especial de la física; éstos han constituido una línea de
reflexión epistemológica potente para el desarrollo de concepciones adecuadas sobre
la NdC, como lo es la HPS (Historia y Filosofía de la Ciencia). Además, se destaca el
tratamiento de la física como una disciplina – cultura.
- Resaltar las implicaciones en el plano didáctico de los estudios registrados. Por lo
tanto, no solo es necesaria la caracterización sobre la HC sino además sus
repercusiones en el proceso de enseñanza y aprendizaje de las ciencias.
4.1 LA ENSEÑANZA DE LA NATURALEZA DE LA CIENCIA (NdC)
4.1.1 Enfoques explícito/implícito. La NdC como contenido en la enseñanza de las
ciencias puede ser enseñada y, por ende, aprendida. Para esto, la comunidad
académica en Didáctica de las ciencias propuso, inicialmente, los enfoques implícito o
explícito. De acuerdo con Bennássar, García-Carmona, Vázquez, Manassero y
Montesano (2011) la clasificación se centraba en la exclusión de estos dos enfoques.
Tradicionalmente el debate sobre las vías para enseñar NdC había estado signado por
la discusión entre una aproximación explícita o implícita.
Por un lado, el enfoque implícito emplea a los estudiantes en actividades de clase y
actividades de investigación sin señalar expresamente ni suscitar una reflexión crítica
sobre los aspectos de la NdC (Haukoos y Penick, 1985). Esta perspectiva asume que
los estudiantes desarrollan una comprensión de la NdC como un subproducto de hacer
ciencia (Lawson, 1982) y que el resultado del aprendizaje es en gran parte afectivo más
que cognitivo (Riley, 1979). Desde este punto de vista, la enseñanza de la NdC es
indirecta y, por tanto, no requiere actividades específicas.
La formación implícita de concepciones de NdC es producto de la ausencia de reflexión
explícita (Hodson, 1994), así como de las propias experiencias de aprendizaje escolar y
universitario, reforzándose por las imágenes estereotipadas, míticas e interesadas de la
ciencia y los científicos que a menudo se transmiten en los libros de texto y materiales
curriculares y que se propaga a través de los medios de comunicación de masas e
29
impregna el lenguaje cotidiano (Meichtry, 1993). Por su parte, la enseñanza explícita
enfatiza en la planeación y enseñanza intencional de los aspectos de NdC en lugar del
aprendizaje de ésta como un subproducto de hacer ciencia (kwok, 2010). En esta
perspectiva, la atención de los estudiantes es deliberadamente enfocada en
importantes aspectos de la NdC a través de discusiones y reflexiones.
Existe un consenso creciente que propone incluir explícitamente en los currículos
escolares una enseñanza sobre NdC, lo cual implica “algún tipo de planificación
curricular y significativa de objetivos, contenidos y evaluación y realización clara en el
aula” (Bennàssar, et al., 2010, p.129). De esta manera, la manera más efectiva para
mejorar las concepciones de NdC consiste en la planeación, explicitud y reflexión.
Numerosas investigaciones han demostrado que los resultados en la comprensión de
la NdC son mejores por esta vía que cuando se hace de forma implícita (Guisasola y
Morentín, 2007). Así, se presenta evidencia sobre la efectividad de este enfoque
explícito.
No obstante, según Kwok (2010) esta presunción debe ser asumida con alguna
precaución pues atribuir el éxito a un tratamiento explícito de la NdC,
independientemente del contexto en que ésta es implementada podría ser
problemático. La eficacia de una enseñanza adecuada de NdC depende de una
compleja interacción entre los contextos y su grado de explicitud. Esta misma
perspectiva es compartida por Acevedo (2009), de tal forma:
La utilización de un enfoque explícito y reflexivo para la enseñanza de la
NdC implica que determinados aspectos de la NdC se aborden de
manera intencional y explícita en diversos contextos, que son una parte
integral de este enfoque. Contextos tales como la historia y la filosofía de
la ciencia, las cuestiones sociocientíficas controvertidas y las prácticas de
laboratorio –o cualquier otro trabajo de carácter práctico–, mediante una
enseñanza basada en la indagación (p.168).
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De manera gráfica, el planteamiento es el siguiente:
Figura 1. Enseñanza de la NdC
Fuente: Acevedo (2009)
De tal forma, se plasma la idea que no basta con una enseñanza directa y reflexiva de
NdC, sino que es necesario integrar esta perspectiva con algunos de los contextos
referidos. De éstos, el que permite una mejor comprensión acerca de la estructura,
funcionamiento, conceptos y procesos asociados a la NdC es el contexto histórico que,
desde luego, debe estar articulado con la filosofía pues esta última permite la reflexión,
elemento esencial en la enseñanza para una formación sobre la ciencia.
Ahora bien, teniendo en cuenta que un estado del arte procura una mirada acerca del
estado actual del problema, en las líneas siguientes se realiza un examen sobre las
cuestiones sociocientíficas y las actividades prácticas, especialmente, aquellas que se
realizan en el laboratorio, en tanto contextos igualmente válidos para la enseñanza de
la NdC.
¿Cómo enseñar NdC?
Contenido
Enseñanzaa
Aprendizaje
Historia de la ciencia
Cuestiones sociocientíficas
Actividades prácticas
31
4.1.2 Contextos
4.1.2.1 Problemas sociocientíficos (SSIs). Existe una interacción natural entre el mundo
físico y el mundo social. Es por esto que para Fleming (1986) se requiere que el
currículo científico integre estas dos dimensiones a través de los problemas
sociocientíficos, por sus siglas en inglés, SSIs. En este sentido, el autor realiza un
trabajo en el que desarrolla un marco teórico centrado en el campo social, definiendo
tres juicios: morales, socialmente aceptados y personales, los cuales actúan de manera
interrelacionada. Es así como en los resultados se establece que los adolescentes
hacen referencia especial a los aspectos morales.
Esta misma idea acerca de la relevancia de las implicaciones morales y éticas en los
problemas sociocientíficos es resaltada por Sadler, Chambers y Zeidler (2004) para
justificar su elección sobre las interacciones Ciencia, Tecnología, Sociedad (CTS).
Según estos investigadores las decisiones científicas en la sociedad están
acompañadas de juicios éticos y morales. En consecuencia, el contexto sociocientífico
presenta una aproximación más cercana al trabajo científico que el ofrecido por el
movimiento CTS al reconocer la influencia de la moral y la ética.
Una característica en común que presentan estos dos estudios se refiere a la atención
central sobre el mundo social en los problemas sociocientíficos, en especial, acerca de
los dilemas éticos y morales, soslayando el asunto fundamental del mundo físico, lo
cual puede considerarse un inconveniente porque limita la reflexión epistemológica, es
decir, sobre la ciencia como una forma de explicar, comprender y transformar la
realidad física, aspecto abordado en los asuntos sobre NdC.
Ahora bien, de acuerdo con Sadler et al., (2004) las cuestiones sociocientíficas se
deben caracterizar por la controversia puesto que requieren la adopción de posturas
individuales o la elección de una posición ante una determinada problemática. En este
sentido, pueden ser útiles las discusiones sobre el cambio climático, el dilema ético de
las investigaciones con células madres, la clonación, así como el dañino efecto
potencial de los teléfonos celulares, entre otros, que logren potenciar este tipo de
32
cuestiones más que el tratamiento de un contenido de la enseñanza de la física como
lo es la Ley de Boyle, objeto central del presente trabajo de grado.
A pesar de esta proliferación de problemas sociocientíficos, los tópicos que son de fácil
acceso y se relacionan con el currículo de ciencia son poco comunes (Kwok, 2010).
Sumado a esto, los profesores deben transformar los SSIs en una enseñanza efectiva
de la NdC, esto significa identificar los aspectos de la NdC provenientes de dichos
problemas, asociándolos a los contenidos científicos accesibles para los estudiantes, lo
que implica diseñar actividades efectivas y planeaciones de clase para implementarlas
con los discentes, lo cual es supremamente complejo debido a la escasa reflexión
epistemológica.
Continuado con la disertación sobre los contextos para la enseñanza de la NdC, se
realiza el abordaje de las actividades prácticas y, en especial, las que se realizan en el
laboratorio, es decir, las denominadas actividades de investigación en el laboratorio.
4.1.2.2 Actividades de investigación en el laboratorio. En un documento formulado
hacia 1993 la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS) expone unas
ideas con el fin de mejorar la comprensión científica, entre ellas, se presenta la
enseñanza de la ciencia tal como ésta es practicada y, seguidamente, exhibe unas
estrategias que la enseñanza universitaria debe procurar para tal fin. En concreto, en el
punto dos se alude a las actividades experimentales y de laboratorio: “La curiosidad
sobre los fenómenos naturales es uno de las motivaciones más fuertes para los
estudios de ciencia. Por lo tanto, la educación […] en la ciencia debe incluir un
componente experimental o de laboratorio” (AAAS, 1993, p.xv). Así, se enfatiza en el
rol de las investigaciones para la educación científica.
En este mismo sentido se han desarrollado trabajos prácticos que reconocen el papel
de las actividades de investigación en el laboratorio para la enseñanza de algunos
aspectos de la NdC. De tal forma, con el objetivo de cuestionar la implementación del
método científico, Colburn (2004) realiza un trabajo sobre NdC en el laboratorio. Aquí,
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se afirma que el conocimiento científico es tentativo y abierto a revisión, además
también se hace referencia a que los estudiantes no aprenderán sobre NdC
simplemente haciendo ciencia sino que es necesaria la enseñanza. De manera puntual
se propone mezclar un laboratorio sobre cromatografía con una serie de preguntas e
intervenciones del profesor. Este trabajo puede ser considerado como un esfuerzo por
vincular las actividades de investigación en el laboratorio con una enseñanza explícita y
reflexiva de la NdC.
Asimismo, Lederman y Lederman (2004) describen una actividad de laboratorio sobre
el ciclo celular cuya pretensión es ayudar a comprender la NdC. Con el fin de alcanzar
el objetivo se establecen preguntas reflexivas para hacer notar la arbitrariedad al
momento de establecer las etapas del ciclo celular, la subjetividad involucrada en estas
decisiones, la posibilidad que la categorización establecida en dichas etapas pueda
cambiar en el futuro e, igualmente, las diferencias entre observación en inferencia. Al
final, se resalta que las preguntas y consecuentes discusiones promocionan el
aprendizaje de los contenidos originales de la materia, así como de los aspectos de la
NdC en los que se ha decidido enfatizar, es decir, se combina la enseñanza directa con
las actividades científicas.
Lo anterior refleja la existencia de esfuerzos por parte de la comunidad académica en
didáctica de las ciencias por involucrar el enfoque explícito en el contexto de las
actividades de investigación en el laboratorio para la enseñanza de la NdC. No
obstante, según un trabajo realizado por Abd-El-Khalick y Lederman (2000):
Los investigadores que adoptan un enfoque explícito […] utilizan
elementos provenientes de la historia y la filosofía de la ciencia y orientan
la enseñanza hacia varios aspectos de la NdC para la mejorar las
concepciones de los profesores de ciencias sobre la empresa científica.
Los investigadores que adoptan un enfoque implícito usan […] las
actividades de investigación científica (p.1058).
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Este fragmento no solamente establece la estrecha relación que existe entre la
enseñanza explícita de la NdC en un contexto histórico – filosófico; sino que además
plantea poca evidencia empírica a favor de las actividades de investigación en el
laboratorio desde este mismo enfoque explícito, lo que se constituye en un aspecto a
tener en cuenta debido a que la falta de estudios en este sentido suponen un panorama
supremamente incierto.
Así las cosas, el impacto que puede suscitar el contexto de las actividades de
investigación en el laboratorio desde una perspectiva explícita ha sido poco explorado
como para afirmar que éste podría mejorar las comprensiones de NdC. Debido a la
escasez de evidencia empírica, expresar que este contexto es una fuente efectiva para
propiciar comprensiones contemporáneas sobre la estructura, funcionamiento,
conceptos y procesos asociados a la actividad científica puede ser considerado muy
pretensioso.
4.1.2.3 Historia de la ciencia. Los albores del campo académico de la historia y la
filosofía de la ciencia, por sus siglas en inglés HPS, se ubican según Matthews (1994)
desde finales del siglo XIX y comienzos del XX. De acuerdo con esta ubicación
temporal, la Historia de la Ciencia (HC) presenta un poco más de cien años de
existencia. No obstante, fue en la década de los 80 cuando los profesores de ciencias
incluyen el campo de investigación de la Historia de la Ciencia (Matthews, 2011).
La incorporación de los estudios históricos sobre la actividad científica en la enseñanza
de las ciencias registra un poco más de treinta años. En este sentido, también vale la
pena resaltar la labor de la Revista Science and Education, que cuenta con más de una
década centrada en estudios de la enseñanza de la historia de la ciencia en la
enseñanza de las ciencias. Adicionalmente, a finales de la década de los ochenta y
principios de los noventa, la Asociación Americana para el Avance de la ciencia (1993)
en lo relacionado con los aspectos para la comprensión científica, expresa la
importancia del desarrollo histórico de la ciencia, así:
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La enseñanza de la ciencia debe explorar la interacción entre la ciencia y
las tradiciones intelectuales y culturales en la cual ésta se encuentra
firmemente incrustada. La ciencia tiene una historia que puede demostrar
la relación entre la ciencia y el mundo más amplio de las ideas y puede
dar luz sobre los problemas contemporáneos (p.xiii).
Este fragmento reconoce el potencial de la Historia de la Ciencia como medio para
facilitar que los procesos, conceptos, categorías y el funcionamiento de la actividad
científica sean más comprensibles pues establece una interacción entre ésta y el
mundo de las ideas. Dado que uno de los objetivos centrales de la enseñanza de la
ciencia es propugnar por la alfabetización científica es necesario que los estudiantes se
formen una idea contemporánea sobre la ciencia y, para ello, es indispensable que la
comprendan; de ahí la importancia de la HC como elemento que contribuye a esta
comprensión.
4.1.3 La HC en la enseñanza de la física. Los primeros esfuerzos por elaborar
materiales de Física desde una perspectiva histórica son los estudios de caso de la
Universidad de Harvard, hacia la mitad del siglo XX (Texeira, Greca y Freire, 2012).
Según lo anterior, los trabajos académicos que abordan la Física históricamente son
relativamente recientes, si se tiene en cuenta que la gestación de la ciencia presenta
un poco más de cuatro siglos.
Este abordaje histórico igualmente lo realiza Galili (2008) cuando reconoce que
también hacia mediados de este mismo siglo, Connant (1957) sostiene que la historia
de la Física presenta la capacidad de desplegar el proceso de evolución de los
conceptos. Durante ésta época, la inclusión de la historia de la Física consistió
básicamente en introducir la historia de las actividades realizadas por algunos físicos
prominentes como Galileo, Newton y Faraday.
Más adelante, durante la década de los 80 y 90, continúa Galili (2008), para los
profesores de física adquieren un lugar relevante las conceptualizaciones provenientes
36
de la evolución conceptual en el aprendizaje de la Física. Con el fin de sustentar su
tesis, este autor retoma cuatros condiciones para el desarrollo de la evolución
conceptual, elaboradas por Posner, Strike, Hewson y Gertzog (1982), a saber: la
insatisfacción con el conocimiento previo, la plausibilidad, la inteligibilidad y la utilidad
del nuevo conocimiento. En síntesis, este planteamiento se sustenta en el conflicto
cognitivo entre los conocimientos antiguo y nuevo del estudiante.
Posteriormente, se explica la propuesta actual de este autor que consiste en concebir
la enseñanza de la física a nivel disciplinar y cultural, lo cual genera un nuevo tipo de
apreciación en los materiales históricos. Según esta perspectiva disciplinar – cultural, la
Física presenta una cultura y no se concibe solamente como una colección de hechos,
leyes y reglas para resolver problemas. Sin este énfasis cultural, la Física se podría
transformar de una ciencia a un oficio.
La propuesta disciplina – cultura se sintetiza en la denominada estructura semántica en
la Física:
Figura 2. Propuesta de disciplina – cultura en la Física.
Fuente: Galili (2008)
En esta representación el núcleo o nucleus de una disciplina está compuesto por los
principios, conceptos fundamentales y leyes. La resolución de problemas, la
modelación, las explicaciones de varios fenómenos naturales, así como los
experimentos en el laboratorio se ubican en el cuerpo o body. Un tercer tipo de dominio
lo conforma la periferia o periphery, que puede contradecir el núcleo de la disciplina; en
ésta se encuentran los principios y conceptos del pasado, reemplazados en el curso de
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la Historia por nuevas teorías, e igualmente los fenómenos que no pueden ser ubicados
en los principios del núcleo.
De esta manera, las dos primeras áreas –núcleo y cuerpo- conforman la disciplina y la
periferia adicional potencia ésta, al estatus de disciplina – cultura. De acuerdo con esta
propuesta de Galili (2008), la HC pertenece al dominio periférico – cultural. Una
implicación importante de la enseñanza cultural de la Física es tener claridad de los
principios de correspondencia entre diferentes teorías físicas, las cuales se suceden
históricamente la una a la otra. De tal forma, el cuerpo de tales teorías puede
sobreponerse pero el núcleo no.
A nivel de intervención didáctica se resalta el abordaje en un trabajo que este
investigador realizó en coautoría con Hazan (2001) en el que explican el tratamiento al
tema de la óptica donde se expone el desarrollo histórico del conocimiento de la luz y la
visión. Este curso consideró la naturaleza de ambas, empezando desde la antigua
Grecia, atravesando la ciencia medieval Musulmana y Europea y terminando con la
revolución científica del siglo XVII, lo cual permitió mostrar la génesis del conocimiento
dentro de los límites de la enseñanza escolar. Los objetivos que guiaron el estudio
fueron fomentar el aprendizaje de la materia y mejorar la comprensión de la Naturaleza
de la Ciencia. En ambos aspectos se obtuvo una valoración significativa.
Otro estudio de Galili (2012) recoge un artículo que asume como premisa inicial que las
excursiones históricas son benéficas para el uso de la Historia y Filosofía de la Ciencia.
A partir de esta presunción se trabajan algunos conceptos propios de la Física por
medio de los cambios históricos en el conocimiento físico. La argumentación que
presenta el autor consiste en expresar que estas excursiones históricas propician la
creación de contenido cultural, el cual mejora el conocimiento pedagógico del contenido
en los profesores y es, además, apropiado para facilitar un aprendizaje significativo en
los estudiantes. Asimismo, esta forma de abordaje histórico explicita el paradigma de la
evolución conceptual en el conocimiento físico; por lo tanto, genera el espacio para que
a través del discurso emerjan los conocimientos adecuados y alternativos.
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De esta manera, el objetivo del artículo fue ilustrar algunos aspectos de la comprensión
de la HPS dentro de una nueva perspectiva, llamada cultural. Esto significa que los
tópicos propuestos contemplan algunas características de la cultura contemporánea,
tales como su naturaleza plural, dialéctica y dialógica, presentando la ciencia como una
actividad humana que construye conocimiento tentativo pero estable. En tal sentido, se
desarrollaron una serie de módulos sobre la compresión de la mecánica clásica: un
diálogo con la teoría cartesiana del movimiento, la teoría pre – newtoniana del
movimiento, la imagen óptica, el peso y la fuerza gravitacional: Matrimonio y divorcio e,
igualmente, la fuerza de la inercia.
A manera de conclusión se establece que la aplicación de tales módulos pueden
promocionar el contenido cultural de la Física en estudiantes y profesores. Igualmente
se expresa que las excursiones históricas que son ricas en contenidos físicos pueden
facilitar el aprendizaje de los aspectos ontológicos y epistemológicos de la Física, entre
ellos, la búsqueda de objetividad, aspecto que también es distintivo de la NdC.
A raíz de la importancia de la HC, Höttecke, Henke y Riess (2010) manifiestan su
preocupación por la distancia entre la inclusión de la HC en el currículo de ciencias y su
aplicación en las clases de ciencias. En virtud de esta situación se ha gestado en
Europa el proyecto de Historia y Filosofía de la Ciencia en la enseñanza de la ciencia
(HIPST) que tiene como objetivo desarrollar estrategias efectivas para la
implementación de la Historia y la Filosofía de la Ciencia en la enseñanza de la ciencia
y de los contenidos científicos, así como de la NdC.
Para la consecución de los objetivos el grupo implementa los estudios de caso
históricos que presentan la virtud, según Höttecke et al., (2010) de resaltar los aspectos
generales de la ciencia, la epistemología, el contenido científico y la NdC. Las
actividades desarrolladas se centran en los intereses de los estudiantes, de esta
manera se afirma que los experimentos, la elaboración de observaciones y las
discusiones han sido recomendadas por los discentes.
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En virtud de lo anterior, las actividades enfatizan en la enseñanza de la Historia y
Filosofía de la ciencia con réplicas históricas y el aprendizaje por indagación guiada,
considerando como un elemento central las actividades explícitas y reflexivas sobre la
NdC. Así, se recurre a la recapitulación de las prácticas científicas, las ideas y
explicaciones de los científicos en el pasado, los argumentos a reconsiderar, el
aprendizaje sobre el contexto de la ciencia, las críticas a la práctica científica, el
aprendizaje sobre los materiales culturales del pasado y la evolución de las ideas y
concepciones.
Una mirada a los desarrollos que presenta este proyecto de Historia y Filosofía de la
ciencia en la enseñanza de la ciencia, del cual hacen parte países como Alemania,
Gran Bretaña, Grecia, Hungría, Israel, Polonia y Portugal, da cuenta de los principales
trabajos desarrollados en el ámbito de la enseñanza de la Física, tales como la historia
de la electricidad, el movimiento de los cuerpos desde Aristóteles a Galileo, la
excursión histórica del concepto de peso, desde Aristóteles a Newton y posteriormente
a Einstein, la comprensión de la mecánica clásica, la excursión histórica de la
comprensión del movimiento, los estudios de Vitelo sobre la propagación rectilínea de
la luz, los microscopios ópticos, las lentes como un simple instrumento óptico, las
contribuciones de Copérnico a la reforma del calendario, la dinámica electrónica y las
largas distancias, los temas del vapor, trabajo y energía, el péndulo simple y la
temperatura.
Para Kwok (2010) es necesario tener en cuenta la transposición que se debe realizar
entre la historia de la ciencia de élite, es decir aquella que se produce entre los
científicos auténticos y la que se debe enseñar en las aulas. De tal forma, para que
ésta sea implementada en la enseñanza de la ciencia, la historia tiene que ser
seleccionada, simplificada y reconstruida, lo cual significa recurrir al uso de metáforas,
lenguajes y analogías que le permitan a los estudiantes aprender lo esencial e
irreducible de las ideas científicas.
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En este mismo sentido, este autor expresa que la HC debe ser “racionalmente
reconstruida” para la conveniencia de la enseñanza y el aprendizaje. En esta misma
línea de argumentación se inscribe Matthews (1994) quien defiende esta
reconstrucción como inevitable para los propósitos pedagógicos pues aplicar los altos
estándares de la investigación histórica a la enseñanza de la ciencia podría ser injusto.
Por lo tanto, es indispensable racionalizar y reconstruir las ideas históricas.
De acuerdo con Matthews (1994) existen los enfoques minimalistas y maximalistas al
momento de incorporar la HC en el contexto escolar. La representación de viñetas
cortas o anécdotas se inscribe en el primer enfoque; mientras que la presentación de
ésta a través de temas o estudios de caso que consisten en una serie de episodios
sobre un extenso período de tiempo corresponde al segundo tratamiento. Para este
didacta, la historia puede ser presentada en diferentes formas: debates, diálogos,
dramas, reproducción de experimentos, lectura de papers originales y proyectos.
Ahora bien, Según Solbes y Traver (2003) la HC mitiga el sentimiento contra la ciencia
que surge en algunos grupos de personas. Así lo evidencia un trabajo que realizaron
en educación básica secundaria que estudió el rol que la Historia de la Ciencia en la
enseñanza de la Física y la Química, así como sus consecuencias en lo relacionado
con la imagen y las actitudes hacia la ciencia.
Estos autores sugieren que para seleccionar los contenidos históricos se recurra a la
existencia de las crisis en el desarrollo de la Física y la Química a través del recorrido
iniciado desde la escolástica Aristotélica hasta la Física moderna, pasando por la Física
clásica. Esta perspectiva histórica permite dilucidar aspectos de la NdC como el
carácter tentativo de la ciencia evitando así las visiones dogmáticas, la naturaleza
controvertida y colectiva del trabajo científico, la discusión en torno a la universalidad
de las leyes y teorías científicas, las contribuciones de la mujer y de algunos países
que no presentan en la investigación científica con el fin de dar cuenta que en la ciencia
existen una pluralidad de género y países e, igualmente, la responsabilidad de los
científicos y el uso que se le da a los hallazgos científicos en diferentes contextos.
41
Una vez establecida la necesidad de reconocer las crisis en el desarrollo de la ciencia,
Solbes y Treaver (2003) plantearon a nivel metodológico un grupo control, el cual
recibió clases tradicionales y la elaboración de tres cuestionarios denominados B, C y
D que se caracterizaron por contener preguntas abiertas y cortas. Cada cuestionario
presentaba aspectos diferentes; las preguntas del “B” mostrarían el grado de
conocimiento sobre los científicos, el “C” se ocuparía de la evolución del conocimiento
científico y el “D” revelaría el cambio en las actitudes de los estudiantes.
En una investigación realizada por Solbes y Traver (2003) se muestra que los
estudiantes entre 15 y 17 años pueden mejorar significativamente su interés hacia
ciencia después de un año trabajando con artículos que involucran aspectos históricos
de la ciencia, como el contexto de las biografías, artículos originales, reportes históricos
que evidencia las relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad y presentación e
videos sobre la elaboración y desarrollo de los principales conceptos en Física y
Química.
Los resultados arrojados por esta investigación, en lo relacionado con el cuestionario B,
evidencian que los estudiantes que recibieron el curso de Física y Química desde una
mirada histórica presentan una imagen de la ciencia más relacionada con su contexto
social y más cercana a la realidad, así los estudiantes del grupo experimental
mejoraron en los siguientes aspectos: las crisis en la evolución del conocimiento de la
ciencia, el reconocimiento de diferentes científicos a la ciencia, las consecuencias
sociales del trabajo científico y los problemas originados por los logros científicos.
En lo referente al cuestionario C se destacan los siguientes elementos que presentaron
mejoría: conocer dos o más modelos controversiales, saber algunos casos del apoyo
económico a la ciencia, establecer que el trabajo científico es principalmente colectivo y
relacionar los conocimientos tecnológicos y científicos. Finalmente, el cuestionario D
evidenció avances en lo que atañe a la valoración positiva de la enseñanza de la física
y la química desde la HC a la inclinación por aprender sobre el proceso del desarrollo
42
científico, por las biografías de los científicos, así como por algunos aspectos de la
Ciencia, la Tecnología y la Sociedad en la Historia.
En las conclusiones se expresa que la escasa apreciación por la ciencia se puede
deber a la visión ahistórica, usual en la enseñanza de la ciencia. De ahí la necesidad
de valorar la HC para mejorar esta imagen negativa; para ello es menester abordar el
proceso de construcción del conocimiento científico, en qué contextos históricos y
sociales han aparecidos ciertas teorías y las consecuencias que éstas han presentado,
así como la contribución de hombres y mujeres a la ciencia y sus relaciones con el
contexto.
Este abordaje histórico de los contenidos científicos es retomado por Texeira et al.
(2012) en una revisión sobre el estado del arte en once estudios sobre Historia y
Filosofía de la ciencia en la enseñanza de la física. Este trabajo de recopilación es útil
por la evidencia empírica que presenta y por su valor didáctico, lo cual permite perfilar
la incidencia de la HC sobre las concepciones de NdC.
Los autores establecen una revisión por bases de datos, journals y países y expresan
que los objetivos de mejorar la comprensión de las ideas y conceptos sobre la NdC, así
como las actitudes hacia la ciencia, están asociados a la idea del cambio conceptual,
referido a las similitudes entre las ideas alternativas de los estudiantes y el desarrollo
histórico de los conceptos científicos.
En este sentido, Texeira et al., (2012) presentan un cuadro donde lo más relevante son
los tópicos de la enseñanza de la Física por países, los objetivos, el uso de la Historia y
la Filosofía de la Ciencia, el nivel de enseñanza con su respectiva duración y la
estrategia de enseñanza. Durante su presentación se exponen las investigaciones
realizadas sobre contenidos científicos propios de la Física desde un enfoque histórico.
Por ejemplo, países como Brasil, Israel, Estados Unidos, Francia y Grecia se han
especializado en abordar el tema de la óptica, Argentina ha realizado lo propio pero en
43
relación a campos eléctricos, Alemania se ha ocupado de los trabajos electrostáticos y
Nigeria de los cosmológicos.
Teniendo en cuenta el problema de investigación del trabajo, de la extensa
presentación de Texeira et. al., (2012) se resalta un trabajo que se realizó en Estados
Unidos denominado como estudio “F” en el que se estudió el tópico de la presión del
aire, objeto central en la Ley de Boyle. Para ello, se ha recurrido a los Casos de
Historia de la Ciencia (HOSC) a través de narrativas históricas, citaciones de artículos
originales, e igualmente, experimentos y ejercicios correlacionados con los casos
históricos. La estrategia de los profesores se ha enfocado en la lectura de casos
históricos con su respectiva discusión.
Como conclusión, los investigadores establecen un efecto positivo en el uso de
didáctico de la línea Historia y Filosofía de la Ciencia (HPS) en relación al aprendizaje
de conceptos de Física, lo que puede propiciar comprensiones más adecuadas sobre la
NdC debido al abordaje más natural o espontáneo de ésta y agregan que esto podría
ser tomado en consideración al momento de la planeación curricular y en la estrategias
de enseñanza de la Física.
Sobre este mismo tópico de la presión del aire, Matthews (1994) contrasta los enfoques
profesional (no histórico) e histórico durante su enseñanza. El enfoque histórico resalta
el derrocamiento en el siglo XVII de la doctrina Aristotélica acerca de que la naturaleza
aborrece el vacío. Para esto, se recurrió a la aplicación de principios hidrostáticos con
el fin de explicar el fenómeno asociado a la presión atmosférica.
El trabajo pionero de Torricelli con el barómetro incluyó la idea que la columna de
mercurio permanece a una altura de 30 pulgadas por encima del nivel de mercurio en
un plato balanceado por el peso del aire presionando sobre la superficie de Mercurio.
En este sentido histórico también se destacan los errores que cometió Galileo.
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Este tratamiento histórico le podría permitir a los estudiantes comprender algunas ideas
sobre la ciencia, entre ellas: los factores involucrado en el establecimiento de un
concepto científico incluyen evidencia, convicciones personales de los científicos
participantes y la utilidad de las teorías, las explicaciones científicas sobre un fenómeno
natural son dadas en términos de leyes y principios aceptados, la naturaleza y
funciones de las sociedades científicas, el progreso en la ciencia es, en parte, depende
del estado existente de la tecnología y de otros factores fuera de la ciencia misma, así
como que la comunicación libre entre los científicos a través de revistas, libros,
reuniones y correspondencia personal es esencial para el desarrollo de la ciencia, entre
otros.
Una estrategia que podría resultar efectiva es el enfoque interrumpido de la historia,
expresado por Roach y Wandersee (1995), en el cual la historia es analizada dentro de
secciones más pequeñas para que las mediaciones puedan tener lugar después de
cada sección. Adicionalmente, Metz et al., (2007) han propuesto algunas estrategias
para usar efectivamente la narrativa histórica en la enseñanza de las ciencias, que se
sintetizan a continuación:
- Activar conocimiento previo a través de actividades que capturen los
intereses de los estudiantes y conecten los conocimientos de los
estudiantes con los detalles de la historia. Esto puede ser realizado dentro
o independientemente de la historia.
- Usar un enfoque de la historia interrumpido para permitir a los
estudiantes la construcción de inferencias y predicciones.
- Solicitar reacciones individuales y/o grupales mientras se realizan
preguntas abiertas y cerradas.
- Emplear estrategias de comparación y contrastación que relacionen las
ideas de los estudiantes con los casos históricos.
- Proveer demostraciones y experimentos, proyectos e investigaciones
relacionados e integrados a través del currículo.
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- Promover actividades escritas tales como un registro o revistas, para la
generación de reflexiones y preguntas.
- Usar estrategias de lectura guiada tales como análisis de problemas o
lectura en pareja (p.23)
Según Balchin (2003) aunque existen varios libros populares de ciencias tales como
cien científicos que cambiaron el mundo, estos libros se enfocan en gran parte en la
biografía de científicos famosos y excluyen el desarrollo histórico de los conceptos
científicos, es decir, no mencionan los aspectos de la Naturaleza de la ciencia (NdC)
incrustada en las historias. En contraste, escritos de científicos y libros tales como el
relacionado con la Doble Hélice de ADN proveen reportes precisos y elaborados del
desarrollo histórico de las ideas científicas.
Finalmente, es conveniente realizar la siguiente pregunta ¿es efectiva la enseñanza de
la NdC en el contexto de la historia de la ciencia? A pesar de la conclusión de
Lederman (2006) que ésta es “a lo mejor, poco concluyente” (p.311), los hallazgos de
las investigaciones parecen indicar otra cosa. De acuerdo con Tao (2003) diversos
estudios usando la historia de la ciencia han obtenido ganancias positivas sobre la
comprensión de la NdC.
Adicional a estos hallazgos empíricos, la HC es de gran valor para la enseñanza de la
NdC pues posibilita la inclusión de aspectos humanistas sobre la ciencia tales como la
crítica y la deliberación, asimismo incentiva la motivación, a través de la evolución que
han presentado los conceptos científicos a lo largo de la historia, lo cual de paso se
constituye en un escenario idóneo para denotar el carácter dinámico del conocimiento
científico. En consecuencia, se considera que este enfoque histórico es el más
apropiado para la enseñanza de la NdC.
46
5. MARCO TEÓRICO
El escrutinio teórico que se expone en las siguientes líneas se deriva de las dos piedras
angulares que fundamentan la enseñanza y el aprendizaje de la Naturaleza de la
Ciencia (NdC) tales como la visión semántica de ciencia que presenta como elemento
centra la noción de modelo, en tanto práctica norma de la ciencia y, la Historia de la
Ciencia (HC); en particular, la Historia de la Ley de Boyle, dominio de contenido
científico que se ha seleccionado para la enseñanza explícita de la NdC.
De tal forma, en el capítulo I del marco teórico se aborda la discusión entre las teorías y
las leyes científicas desde la visión semántica de ciencia; particularmente, se enfatiza
en la noción de modelo cuyo principal referente teórico es el físico y filósofo
norteamericano, Ronald Giere. Posteriormente se plantea el estudio de La ley de Boyle
y, en especial, del contexto histórico de ésta donde se destacan los aportes realizados
por Webster y el propio Boyle. Como antelación, se caracterizan brevemente algunos
aspectos de la Teoría cinética de gases teniendo que la ley adquiere sentido en el
marco de esta teoría. Finalmente, en el capítulo III se realiza una aproximación a la
definición de Naturaleza de la Ciencia (NdC) desde la perspectiva de modelos. En tal
sentido, los autores más representativos fueron Justi, Adúriz y Morales. A
continuación, el primer capítulo mencionado.
5.1 TEORÍAS Y LEYES SEGÚN LA VISIÓN SEMÁNTICA DE CIENCIA
Las ciencias cognitivas, según Giere (1992) han alcanzado madurez. Es así como los
filósofos de la ciencia pueden encontrar en ésta una fuente valiosa para desarrollar
teorías generales de la ciencia como una actividad humana. Esto se evidencia en su
impacto sobre diversos campos tales como el contenido y los métodos filosóficos,
particularmente las filosofías del lenguaje y de la mente, e igualmente, sobre la
epistemología y la filosofía de la ciencia. De tal forma, se asiste a una época donde
47
éstas se han constituido en un corpus teórico y conceptual valioso para el estudio
filosófico de la actividad científica.
En concreto, las ciencias cognitivas abarcan una diversidad de disciplinas y
actividades, entre ellas, la inteligencia artificial, la psicología cognitiva y la neurociencia
cognitiva. Cada uno de estas disciplinas provee un grupo de modelos. De acuerdo con
Giere (1992) los modelos proporcionados por la psicología cognitiva son los más útiles
para un enfoque cognitivo en la filosofía de la ciencia pues esta perspectiva permite
introducirse en el papel del lenguaje, la construcción de modelos mentales, las
proposiciones científicas y el papel de la actividad humana en la ciencia.
El punto de partida para la irrupción de las ciencias cognitivas son los cuestionamientos
a la visión empiro – positivista clásica. Giere (1988) presenta una descripción de los
principales rasgos que caracterizan a esta postura filosófica. Así, durante el siglo XX,
específicamente hacia la década del 60, el empirismo lógico fue la filosofía de la ciencia
predominante en el mundo Anglo-Americano. El principal patrimonio del empirismo
lógico está compuesto por tres hebras.
La primera de ellas es el trabajo matemático y lógico de Hilbert, Peano, Frege y Rusell,
que proporcionan los modelos y métodos para los estudios sobre la ciencia desde el
empirismo lógico. La segunda fue el empirismo clásico de Hume que reclama la
experiencia u observación como fundamento de todo el conocimiento científico y,
finalmente, la tercera que se refiera a la similitud entre ciencia y el significado de la
física con Einstein –teoría de la relatividad y mecánica cuántica-.
El programa del principio matemático del empirismo lógico busca reducir la aritmética a
la lógica. Rusell vio que este método de la reducción se desarrollaba como una versión
fundacional de la epistemología empirista tradicional. Este mismo filósofo reconoció la
existencia de datos de los sentidos y procedió a analizar objetos ordinarios como tablas
y sillas en tanto conjuntos de datos de los sentidos. Siguiendo el programa de
fundación de la aritmética de Rusell, los empiristas lógicos concibieron similares
48
programas fundacionales para la geometría, la física, la biología, la psicología y la
sociología. Estos autores, al parecer, no dudaron si la ciencia necesitaba fundamentos
filosóficos o si ellos poseían métodos adecuados para sus tareas.
Los postulados de esta corriente filosófica resaltan la noción de las leyes científicas
como generalizaciones universales. Para este físico y filósofo norteamericano, fue
Aristóteles quien expresó la importancia que desempeñan las proposiciones científicas
universales (todos los F son G) en la ciencia y, en el mismo sentido, agrega que a
pesar del rechazo hacia el punto de vista Aristotélico que suscitó la revolución científica
del siglo XVII, el objetivo de descubrir verdades sobrevivió. De hecho, este propósito
fue reforzado por el éxito de las leyes de Newton de la gravitación universal.
Las leyes como generalizaciones universales desempeñan un rol prioritario en el
empirismo lógico. Así, los axiomas de las teorías científicas fueron convertidos en
leyes. Esta conversión de las teorías a leyes reduce el papel que éstas desempeñan en
la ciencia pues convierte las teorías en una forma de conocimiento inferior a las leyes.
Un asunto central es la elaboración por parte de esta postura filosófica para procurar
responder a la pregunta qué es una teoría científica. Asumiendo los principios
fundacionales de las matemáticas una teoría es un sistema formal, lógico.
Así, lo que distingue las teorías científicas de la pura lógica o matemática es que los
términos no lógicos son dados por una interpretación empírica. Para ellos, la actual
interpretación es representada por las reglas de correspondencia que buscan expresar
los términos teóricos en términos observacionales que se caracterizan por poseer
contenido empírico.
Esta visión se puede apreciar en los escritos de la posguerra. El vocabulario de una
teoría fue dividido en dos partes: una parte teórica y otra observacional. La doctrina
estándar fue que los términos teóricos están totalmente en función del significado de
los términos observacionales junto con las relaciones formales más puras
especificadas por los axiomas de la teoría. El resultado es la instrumentalización con la
49
que se considera la parte teórica de las teorías. Los términos teóricos no se refieren a
entidades reales; éstos son simples instrumentos para organizar los objetivos acerca
de las cosas referidas por los términos observacionales. Las entidades que se deberían
acríticamente suponer se refieren a términos teóricos que se encuentran
mayoritariamente como ficciones útiles.
En última instancia, la garantía para los empiristas lógicos era que las teorías
científicas deberían ser pensadas como sistemas formales, axiomáticos con algún tipo
de interpretación empírica. Así, las teorías científicas son representadas como un
conjunto de axiomas formulados de manera explícita en un lenguaje formal. Los
elementos de este lenguaje formal son solamente caracterizados en los términos de su
estructura sintáctica. Así, predominan las relaciones lógicas como inferencias válidas.
Un primer cuestionamiento a los planteamientos empiristas – lógicas se relaciona con
la idea según la cual la importancia de las generalizaciones universales no es apoyada
por la práctica científica contemporánea. De esta manera, la mecánica clásica puede
ser presentada y algunas veces es presentada sin invocar la gravitación en la forma de
una ley universal. El uso de la mecánica clásica y su función de la fuerza del cuadrado
inverso se justifica por el hecho que el resultado de los modelos está de acuerdo con
estas observaciones.
Otra presunción compartida por el empirismo lógico consiste en que las entidades
básicas para los registros de la ciencia son las abstracciones como las teorías, el
método o las tradiciones de investigación. Sin embargo, es necesario incluir al científico
como individuo. De esta manera, las teorías no se desarrollan simplemente. Hay que
enfatizar en los científicos como agente reales. Para las ciencias cognitivas es
indispensable por tanto el rol de la acción humana en la actividad científica. Inclusive,
el contenido empírico es construido dentro los modelos mentales.
En lo que respecta al rol del lenguaje, para el empirismo lógico las teorías científicas
son ante todo entidades lingüísticas. No obstante, las formulaciones de tipo lingüístico
50
no describen el mundo directamente; en realidad su papel es colaborar en la
construcción de modelos mentales. Una vez construido, el modelo mental puede
proyectar imágenes que presentan perspectivas particulares. En contraste con esta
postura sintáctica, la teoría semántica de ciencia, de corte cognitivo, propone la noción
de modelo, asunto que se trata en las líneas subsiguientes.
5.1.1 La noción de modelo. La relación que se establece con el mundo real está sujeta
a la formas de acercamiento hacia éste, lo cual presupone la existencia de múltiples
miradas ante un mismo fenómeno. Así lo expresa Izquierdo (1999) cuando afirma que
“La manera de mirar condiciona lo que vemos” (p.4). Esta misma autora, retoma a
Ronald Giere para expresar que “los hechos científicos se configuran según sea la
perspectiva desde la cual los consideramos, es decir, la del modelo teórico del cual el
hecho en cuestión forma parte” (Izquierdo, 1999, p.4).
A juzgar por esta afirmación, la noción de modelo desempeña un papel preponderante
pues el hecho científico adquiere sentido desde una determinada óptica, esto significa
reafirmar el carácter polisémico de la observación como proceso y concepto, así como
el de la experimentación. Simultáneamente, de esta aseveración también se puede
colegir que existe una estrecha relación entre el modelo y el hecho. Así, en la actividad
científica lo importante no es tanto el hecho, sino más bien la perspectiva, el modelo
teórico o experimentalista, dependiendo de la naturaleza del objeto de estudio, que
permite dotar de sentido este hecho. Teniendo en cuenta la importancia de la noción de
modelo, Izquierdo (1999) resalta la necesidad de una nueva epistemología, centrada en
la ciencia como una empresa constructora de modelos.
Para explicar su postura a favor de los modelos, Giere (1999) recurre a la analogía de
los mapas mencionando su semejanza con los modelos científicos y con las
características de la ciencia cognitiva. En primera instancia, la función principal de los
mapas consiste en representar aspectos limitados de un territorio, no en recurrir de
manera directa al concepto de verdad. Tal representación que ofrece el mapa está en
funciones de determinados intereses, de tal forma que sea necesario formular unas
51
especificaciones previas para su elaboración que condicionan la perspectiva. Los
mapas, así, reflejan una amplia gama de intereses humanos que requieren
convenciones sobre lo que se presenta.
Esta figura de los mapas es útil además para explicar el realismo perspectivo pues las
aproximaciones a la realidad no son universales o globales, sino que se conciben como
perspectivas comprendidas que se estandarizan. De manera taxativa, Giere (1999) lo
explica en estos términos “Como la fotografía típica de un edificio rectangular, la cual
no puede mostrar más de dos caras, ningún mapa puede mostrarlo todo” (p.12). Esto
es de utilidad para abordar el tema de los modelos en la ciencia ya que éstos son
representaciones cuya pretensión es establecer una mirada ante un determinado
fenómeno que se aleja de la idea de la universalidad o generalización. Las verdades,
por tanto, deben ser consideradas como verdades del modelo. El realismo perspectivo
admite que la complejidad del mundo impide abarcarlo en su totalidad y que las
representaciones son producto de la construcción humana que resultan de la
experiencia individual y social (Giere, 1999). Estos dos rasgos de esta perspectiva
filosófica reconocen la imposibilidad de la comprensión humana de acceder por
completo al conocimiento de la realidad y al mismo tiempo la aproximación que se
realiza a ella a través de la construcción de modelos.
Así las cosas, para la fundamentación de la ciencia escolar, que presenta una
epistemología diferencia de la ciencia de élite, es necesario pensar un nuevo marco
para el aprendizaje y la enseñanza del razonamiento científico, que estaría mediado,
fundamentalmente, por modelos. Un elemento central de este enfoque es considerar si
éstos se ajustan a los sistemas del mundo real. Giere (1999) plantea, adicionalmente,
que este ajuste no es global sino relativo a los aspectos del mundo que el modelo
pretende representar, lo que concuerda con la idea que sostiene la imposibilidad de la
universalidad. En la siguiente figura se representa la relación entre el modelo, las
definiciones y el mundo real.
52
A partir de lo anterior puede expresar que las afirmaciones sobre los objetos del mundo
real no se realizan de manera directa sino a través del modelo, como definiciones de
modelos, lo cual difiere del enfoque tradicional que se interesa por la verdad o la
falsedad de las teorías y leyes científicas soslayando las diferentes apreciaciones sobre
su naturaleza que son proporcionadas por esos elementos abstractos que son los
modelos. Para la forma tradicional de razonamiento científico el objeto básico de la
evaluación son las proposiciones científicas –Leyes o teorías- que pueden ser ciertas o
falsas, es decir existe una relación directa entre las declaraciones científicas y el
mundo.
En contraposición, razonar de manera científica en esta nueva propuesta de modelos
significa que esta relación entre las declaraciones y el mundo se realiza de manera
indirecta, a través del modelo. Además, aceptar como base los modelos es reconocer
que dichas relaciones no solamente se presentan a través de expresiones lingüísticas
tales como enunciados proposicionales, oraciones, aseveraciones sino que
adicionalmente se recurre a los diagramas o modelos a escala que colaboran en la
perspectiva teórica o experimentalista contemplada en el modelo.
En este novedoso marco para la enseñanza del razonamiento científico, vale la pena
interrogarse por el rol de la experimentación y la observación. Asumiendo, de acuerdo
que el modelo se debe ajustar al mundo real, es menester juzgar la adecuación de éste
a la luz de la evidencia presentada. Para ello, es preciso reconocer que la interacción
que se realiza por medio de la experimentación y la observación arroja datos, los
cuales soportan la predicción desprendida al asumir una perspectiva abstracta
específica. En esta dirección, los datos son relevantes pues proporcionan evidencia o
no sobre la concordancia entre el modelo y el mundo real.
Giere (1999) lo presenta así “La coincidencia entre el modelo y la realidad sólo implica
acuerdo entre la predicción y los datos en la medida en que el proceso experimental
utilizado haya sido capturado correctamente por el razonamiento que lleva del modelo
a la predicción” (p.66). El papel de los datos es relevante pues introduce un matiz; ya
53
no se trata de expresar que el modelo concuerda o se ajusta al mundo real sino de la
existencia o no de buena evidencia o razones para creer que el modelo concuerda o
no, y, a partir de ahí elaborar la predicción.
Figura 3. Elementos de un informe científico
Fuente: Giere (1999)
La situación representada en la figura inmediatamente anterior es problematizada por
Giere (1999) al considerar que mediante un juego de premisas y conclusiones se
puede establecer que el modelo encaja en el mundo real. De este modo, es posible
establecer que al existir acuerdo entre la predicción y los datos, así como coincidencia
entre los sistemas del mundo real y el modelo, en consecuencia este último coincide
con la realidad. Ante esta situación, no se puede descartar la existencia de una
pluralidad de modelos que conduzcan a la misma predicción. Algo parecido sucede
cuando los profesores mencionan que por diferentes caminos se arriba al mismo
resultado. Así “Lo que pasa en realidad es que comparte con otros modelos mejores la
predicción particular en cuestión” (Giere, 1999, p.66).
El ajuste entre el mejor modelo y el aspecto determinado del mundo real que se
pretende estudiar está mediado por la disposición de evidencia positiva o negativa, es
decir, por el acuerdo o desacuerdo entre los datos y la predicción que se deriva del
modelo. En caso de no existir acuerdo entre los datos y la predicción se puede concluir
54
que el modelo presenta fallas en su intención de ajustarse a los sistemas reales. Si por
el contrario, hay acuerdo entre datos y la predicción es menester considerar la pregunta
por la existencia de otros modelos alternativos que conduzcan a la misma predicción;
ante este último interrogante igualmente las respuestas son de sí o no. En segundo
caso se dice que los datos no permiten arribar a una conclusión acerca del ajuste entre
el modelo y el mundo real; de lo que se trata entonces es de considerar el mejor
modelo entre un conjunto de posibilidades plausibles. En el primer caso el corolario es
que hay evidencia sobre el ajuste del modelo en el tópico de la realidad abordado.
Así las cosas, es preciso referirse a la relativa concordancia de los modelos con el
mundo más que a la verdad de las hipótesis brindada por los enfoques tradicionales.
En palabras de Giere (1999) se trata de “realizar los juicios respecto a la evidencia
considerando la concordancia de un modelo respecto al contexto epistémico” (p.67).
Desde esta perspectiva el progreso científico no consiste en la eliminación del error o el
descubrimiento de verdades sino en la elaboración de modelos que se ajusten mejor
con el mundo, así las afirmaciones en un campo científico se aceptan de manera
provisional.
3.1.2 Teorías y leyes científicas. Esta disertación que se ha realizado hasta aquí es la
que permite establecer en el plano epistemológico los conceptos de teoría y ley. Es
absolutamente indispensable, desde el enfoque semántico de ciencia, reflexionar sobre
la noción de modelo para discutir sobre las teorías y leyes científicas. Así las cosas,
Giere (1988) define, a la luz de los hallazgos en los libros de texto estándar, las teorías
como una población, una familia de modelos que se encuentran relacionados. Para
ello, recurre a una representación que proporciona una mirada de conjunto sobre las
familias de modelos y utiliza como analogía las elipses.
Así, describe que en una teoría, estas elipses no representan términos o conceptos
sino el conjunto de modelos, entidades abstractas, no lingüísticas y que se encuentran
unidas por líneas que cumplen la función de enlazar los modelos, esto es, no son
conexiones lógicas pero presentan relaciones de similaridad. En consecuencia, las
55
conexiones entre los modelos y el mundo real se presenta por las relaciones de
similaridad entre el conjunto de modelo y algún sistema real. Estos modelos no se
corresponden a ningún sistema real sino que suelen ser usados a manera de
representación.
Así las cosas, las teorías presentan conjuntos particulares de proposiciones, lo cual no
quiere decir que el significado de estas últimas cambie al ser estudiadas de un contexto
a otro. Giere (1988) afirma que “hace mucho tiempo los filósofos introdujeron entidades
abstractas denominadas declaraciones o proposiciones […] Una proposición se supone
que es, más o menos, lo que una sentencia afirma. Uno puede entonces afirmar la
misma proposición usando diferentes sentencias” (p.84)
Seguidamente, este mismo autor expresa que las leyes del movimiento de Newton son
candidatos para ser considerados sentencias y además menciona que si estas leyes
tienen la pretensión de hacer afirmaciones directas sobre el mundo serán conocidas
como falsas. En este sentido las leyes deben ser interpretadas como definiciones
proporcionadas por los distintos modelos que no hacen afirmaciones sobre el mundo;
sin embargo, este filósofo y físico norteamericano cuestiona a la mayoría de los físicos
pues, desde su perspectiva, estos consideran que las leyes de Newton hacen
afirmaciones sobre el mundo.
Estas sentencias son de vital importancia pues son las encargadas de definir la
población de modelos. Adicionalmente, en una teoría también se encuentran presentes
las hipótesis, cuyo objetivo es propender por un buen ajuste entre varios de los
modelos y algunos sistemas reales importantes. Como consecuencia, la teoría resulta
ser una cosa heterogénea.
Posteriormente, el mismo autor menciona que la única objeción a esta idea de
sentencias e hipótesis como elementos constitutivos de las teorías es el énfasis en las
cuestiones lingüísticas debido a que se enfatiza más en la las sentencias que definen la
56
familia de modelos que en el modelo mismo. En concordancia con su postura a favor
del MCC, expresa que prefiere la idea de modelo a la de definiciones.
En síntesis, las teorías comprenden una población de modelos y varias hipótesis
enlazando estos modelos con sistemas en el mundo real. Así, en los libros de texto no
se hallan literalmente las teorías sino sentencias definiendo los modelos que hacen
parte de la teoría. Otro hallazgo fueron las hipótesis que también hacen parte de la
teoría. Así concebidas, las teorías incluyen sentencias y también hipótesis empíricas.
Como una consecuencia de las ideas que se han desarrollado, una teoría científica no
es concebida como una entidad bien definida. Desde esta perspectiva existen varios
caminos para determinar si un modelo hace parte de la teoría. El primero de ellos
consiste en la exigencia del parecido familiar que un modelo presenta con alguna
familia de modelos ya existentes en la teoría. Por otro lado, nada en la estructura de
modelos puede determinar que la semejanza o parecido es suficiente para pertenecer a
la familia. Afirma Giere (1988) que al parecer, la comunidad científica es la que
determina esta cuestión. Solo los juicios de los científicos determinan si la semejanza o
familiaridad es suficiente. Este aspecto indica que la teorías no son únicamente
construidas sino también socialmente construidas.
Esta postura a favor de los modelos implica diferenciar los enfoques sintáctico y
semántico. A la luz de los planteamiento realizados por Van Fraasen, Giere (1988)
menciona que en el primero se recurre a un lenguaje particular para expresar una
teoría; mientras que en el enfoque semántico el lenguaje no es ni básico ni único. La
misma clase de estructuras puede ser descrita por diferentes caminos, cada uno con
sus propias limitaciones. Este conjunto de estructuras son los modelos.
Desde esta visión semántica para cualquier teoría expresada como un conjunto de
axiomas en un lenguaje formal, hay, por tanto, un conjunto de estructuras que son los
modelos de esa teoría. Esto hace posible identificar que una teoría no es una
formulación lingüística particular, sino un conjunto de modelos que serían aglutinados
57
por todas las diferentes formulaciones lingüísticas posibles. Luego, el concepto de
modelo es un concepto semántico más que sintáctico.
En este mismo sentido de Van Fraasen de considerar que las teorías no obedecen a
versiones estrictamente lingüísticas, el filósofo y físico norteamericano plantea la
discusión entre términos teórico y observacionales, tan relevante para el empirismo
lógico. Así, expresa que Van Fraasen elaboró una versión no lingüística de la distinción
entre lo teórico y observable. De tal forma, para presentar una teoría es necesario
especificar una familia de estructuras, sus modelos; y seguidamente, especificar ciertas
partes de estos modelos (las subestructuras empíricas) como candidatos para la
representación directa del fenómeno observable. En síntesis, los modelos tienen dos
partes, una subestructura empírica y una superestructura teórica.
Van Fraassen no negó que la superestructura teórica pueda representar características
del mundo real. Él negó que la ciencia se deba preocupar porque coincidan la
superestructura teórica y el mundo. Desde esta perspectiva, es suficiente para los
propósitos de la ciencia que exista una relación entre la subestructura empírica y los
fenómenos observables. Una teoría o conjunto de modelos exhibiendo esta relación es
llamada empíricamente adecuada. El empirismo constructivista sostiene que la ciencia
aspira simplemente a la adecuación empírica, no a alcanzar literalmente la verdad.
Este tipo de empirismo representa la ciencia como la construcción de modelos y la
prueba de estos modelos contra los fenómenos observables para juzgar la adecuación
empírica.
En concordancia con el MCC, las leyes y teorías no se van a asumir como contenidos
que deban ser enseñados y aprendidos. La pretensión es, más bien, abordarlas
teniendo en cuenta las diferentes apreciaciones sobre su naturaleza proporcionadas
por esas entidades abstractas, no lingüísticas que son los modelos. Las leyes serán
entendidas no como afirmaciones acerca del mundo sino como parte de la
caracterización de los modelos. Dicho en otras palabras estas se entenderán como
definiciones proporcionadas por los distintos modelos que tienen, dentro de sus
58
funciones, conectar el facto o parte de la realidad que es objeto de estudio. Asimismo,
las teorías serán asumidas como un conjunto o una familia de modelos relacionados
entre sí, cuyo pretensión es dotar de sentido a los fenómenos naturales. Éstas, para
realizar una construcción teórica de la realidad asumen como objeto de estudio los
factos o partes de la realidad.
Figura 4. Facto
Fuente: el autor
Los modelos como entidades abstractas que constituyen las teorías necesitan del
establecimiento de unas condiciones iniciales o supuestos de partida, de un marco de
referencia, de una serie de variables y de un nivel de matematización. Todos ellos
varían de acuerdo con los diferentes niveles. Luego, en la medida que los modelos se
complejizan las condiciones para su existencia serán cada vez más estrechas y el
número de variables tiende a aumentar. Lo anterior, no implica perder el marco de
referencia o ámbito de le realidad (facto) ni los necesarios procesos de matematización
como una característica de la física. De esta manera, en el caso de la Teoría de gases
es menester concebir que las diferentes leyes tales como la ley de Boyle son
afirmaciones sobre un facto que adquiere sentido en el marco de esa familia de
modelos.
Una de las razones que exponen Izquierdo, Espinet, García, Pujol y SanMartí (1999) a
favor de la inclusión del Modelo Cognitivo de Ciencia, por sus siglas, MCC es que este
enfoque “reúne de manera coherente los puntos de vista de la epistemología, de la
historia de la ciencias y de la psicología” (p.82), además de sociología de la ciencia, al
plantear que los modelos científicos son el producto de consensos de modelos
expresados de científicos cuyos marcos son aproximadamente integrables. Esta
consideración es de vital importancia pues una de las pretensiones del presente trabajo
es realizar un recorrido histórico sobre la Ley de Boyle, lo cual se produce en el marco
Facto: parte de la realidad
59
de la historia de las ciencias. Se presenta pues una relación entre el contexto histórico
de esta ley y el enfoque por modelos. Esto significa concebir que modelos científicos
son productos del desarrollo histórico de la ciencia y de diferentes procesos reticulares
de construcción.
Entretanto, la Ley de Boyle es el producto de una construcción histórica de ciencia.
Desde esta perspectiva, se presenta a continuación el desarrollo histórico de esta Ley
con los modelos históricos que la dotan de sentido. Esta ley es un acontecimiento que
se produce en los albores de la ciencia moderna, es decir, entre los siglos XVII Y XVIII.
Previamente, se plantea un marco estructural sobre la Teoría Cinética de Gases, de
acuerdo a la visión semántica que se aborda en esta investigación.
5.2 EL CONTEXTO HISTÓRICO DE LA LEY DE BOYLE
5.2.1 La Teoría cinética de gases. Los gases presentan una serie de características
que son descritas por Ospina et. al. (1960) de la siguiente manera:
(1) los gases se prestan fácilmente a la compresión, comparados con los
sólidos y los líquidos; (2) se mueven fácilmente en todas las direcciones y
hasta penetran con facilidad unos en otros; y (3) las densidades de los
gases son bajas comparadas con las densidades de los líquidos y sólidos
de las mismas sustancias. (p.189).
Con el fin de explicar el comportamiento de los gases este mismo grupo de autores
plantea una condición o premisa de partida, que se relaciona con la idea según la cual
las moléculas se encuentran en movimiento. Y después expresan que este modelo
puede ser descrito de la siguiente manera: “Las moléculas de la substancia gaseosa
son las unidades. Si el gas es simple, las moléculas pueden constar solamente de
átomos individuales” (p. 189). Si se asume que las moléculas están en movimiento
entonces existirá espaciamiento entre ellas, chocándose entre ellas, cambiando de
dirección y asimismo estrellándose contra las paredes del recipiente que las contiene.
60
El tratamiento más simple de las propiedades de los gases empieza con los siguientes
supuestos:
a. Los gases son principalmente espacio vacío a presiones normales. A
una temperatura de 273K y 1 atmósfera de presión la misma cantidad
de materia ocupará cerca de 100 veces más volumen si está en
estado gaseoso que si está en sólido o líquido. Para altas densidades,
por ejemplo, presiones de varios cientos de atmósferas, este
supuesto no será válido.
b. Las fuerzas intermoleculares entre las moléculas de los gases se
supone que son insignificantes y las colisiones entre las moléculas de
los gases son ignoradas. Las colisiones con el contenedor son
asumidas como elásticas, esto significa que tanto el momentum como
la energía son conservados.
c. Las moléculas de los gases están en constante movimiento con unas
distribuciones de direcciones y velocidades aleatorias. Las colisiones
con las paredes podrían aleatorizar la distribución en la práctica.
d. El gas ha evolucionado a un estado, comúnmente llamado equilibrio,
donde ninguna de las observaciones macroscópicas del sistema
(temperatura, presión, energía total) cambiarán. Por ejemplo, la
presión puede no ser perfectamente constante, desde que esta
presión provenga de las moléculas golpeando las paredes del
contenedor (p.191).
Así las cosas, para comprender la Teoría Cinética de Gases hay que remitirse, en
primera instancia, a dos conceptos fundamentales tales como calor sensible y calor
latente. El primero está asociado a la velocidad promedio de los corpúsculos; de hecho,
Sepúlveda (2012) expresa que “el calor sensible puede ser descrito en términos de
energía cinética de las moléculas de modo tal que el calentamiento equivale a un
aumento en la energía cinética de las partículas” (p.197). Por su parte, este mismo
61
autor explica que el calor latente se considera como una forma de energía potencial
que aumenta la separación entre las partículas sin un incremento en la temperatura.
Dicho esto, explican los principios básicos de la teoría cinética de gases, a saber:
a. Un gas está compuesto por partículas duras, impenetrables, sin
estructura interna, en permanente movimiento caótico, y muy
pequeñas en comparación con las distancias, que presentan choques
permanentes. Esta primera presunción describe la compresibilidad de
los gases y su tendencia a ocupar el máximo volumen
b. Estos continuos choques se dan entre las partículas y también sobre
el recipiente que las contiene, lo cual establece una relación entre
presión y energía cinética de las partículas, así si se provoca una
disminución en el volumen producto de la compresión, los choques
entre las partículas aumentan entren sí y con las paredes del
recipiente, lo que produce un aumento en la presión.
c. Las colisiones deben ser elásticas. Esto significa que durante los
choques y por un período de tiempo breve, la energía cinética se
almacena en forma potencial pero después se convierte de nuevo en
energía cinética.
d. En la línea propuesta por Joule y otros, se asume que el calor es una
forma de movimiento. Se presume que la energía mecánica que es
convertida en calor se transfiere como energía cinética a las partículas
del gas. De esta manera, es posible relacionar temperatura y
movimiento molecular. (p.193)
La teoría cinética de gases muestra que las colisiones individuales de moléculas contra
las paredes o muros de un contenedor crean presión. Las colisiones son una particular
aplicación de las leyes de Newton, así mucho antes y muchos después de la colisión
las fuerzas entre ellos serán cero. Esto es también una buena aproximación para
afirmar que las fuerzas durante la colisión no reducen significativamente la energía
cinética.
62
El movimiento provoca que los gases ocupen un espacio y que su choque contra las
paredes origine la presión. La presión es definida como fuerza por unidad de área. La
presión ejercida por un gas proviene de las fuerzas ejercidas por las colisiones de las
moléculas de gas con las paredes del contenedor. Luego, este modelo es útil, entre
otras cosas, porque de él se desprenden algunas propiedades de los gases como la
presión y el volumen, conceptos fundamentales para el estudio de la Ley de Boyle.
5.2.2 La ley de Boyle
5.2.2.1 La discusión filosófica sobre el vacío. La formulación de la Ley de Boyle, en el
siglo XVII, fue producto de un proceso histórico. Los albores de la discusión hunden
sus raíces en la Grecia Antigua, con el escrutinio de ideas en torno a la naturaleza del
vacío, sostenidas por Aristotélicos y Atomistas. El aporte realizado por la cuna de la
civilización occidental fue notable para los ulteriores desarrollos en la formulación de
esta ley.
Demócrito, representante del Atomismo, consideraba la existencia del vacío. El
principal argumento de los atomistas para afirmar que éste existía consistió en
considerar que el movimiento no podía ocurrir sin vacío y que la luz era generada por el
movimiento rápido de los corpúsculos en el vacío. Aristóteles se opuso a estos
razonamientos, y, para ello, propuso la noción de movimiento natural de los cuerpos.
Según la postura Aristotélica la velocidad de movimiento de un cuerpo estaba
determinada por su peso y la resistencia del medio. Respecto al problema de la luz, el
hombre de Estagira explicó que la luz era la actualización de un medio potencialmente
transparente como el agua o el aire.
5.2.2.2 El interés por la producción experimental de vacío. La discusión filosófica sobre
el vacío sufrió una mutación cuando en la Península Itálica, durante los albores del
Renacimiento, se expresó el interés por construir vacío experimental. Galileo Galilei fue
el encargado de recoger esta inquietud, en respuesta a los principios escolásticos de la
63
época medieval, que aborrecían la idea de vacío en la Naturaleza y consideró que la
diseminación del vacío era un aspecto esencial de la materia. Para ello, recurrió a la
idea de dividir un cuerpo en tres dimensiones dentro de una cantidad finita de átomos,
interpuestos dentro de un número infinito de espacios vacíos. No obstante, Galileo evitó
construir una teoría de la materia sobre la premisa del vacío de Demócrito debido a
que, según los principios escolásticos, el atomismo era sinónimo de ateísmo. A pesar
de esto, sentó las bases para la noción de la cohesión en los cuerpos sobre la
presunción que cada tipo de materia tiene un límite superior de resistencia a la ruptura.
Así, los líquidos, incluyendo el agua, fueron considerados como cuerpos que tienen
cohesión, cuya fuerza de ruptura, según lo medido por la altura máxima de una
columna dio una medida de la fuerza del vacío.
Antes de la publicación, en 1638, del Discurso de Galileo, los investigadores Italianos
se esforzaron por la producción experimental del vacío. El primer aparato fue diseñado
probablemente por Gasparo Berti, que consistió en un tubo de vidrio largo expandido
en un pequeño globo en la parte superior final. El tubo tenía 33 pies de largo,
aproximadamente. El conjunto del tubo fue rellenado con agua y la parte final más baja
fue inmersa en una tina del mismo líquido. Cuando el grifo fue abierto, el agua
descendió desde el globo para permanecer a 18 pies desde la superficie del agua de la
tina.
Figura 5. Aparato diseñado por Gasparo Berti
Fuente: Instituto y Museo de Historia de la Ciencia (s.f.)
64
El experimento se realizó de manera privada porque al someterse al público iba a ser
rechazado por considerar la existencia de vacío. En una época caracterizada por el
predominio medieval, afirmar que el espacio que se encontraba por encima de la
columna de agua constaba de vacío era sinónimo de ateísmo.
A partir de este montaje experimental se produjo, en términos conceptuales, la
discusión sobre lo que se encontraba por encima de la columna de agua, que se puede
sintetizar en las siguientes posturas:
a. Los defensores del punto de vista plenist sostenían que el supuesto vacío en el
globo era la transmisión de un medio potente como la luz, el agua y el sonido, así no
había ruptura sino que se prestaba un movimiento o continuidad de la materia.
b. Para Galileo Galiley y Gasparo Berti, que coincidían en la idea según la cual la
naturaleza no aborrece el vacío (vacuist), el espacio entre los cuerpos del universo, o
los átomos y moléculas de la materia es un vacío. Para estos autores, los ruidos que se
escucharon durante la noche cuando el agua descendía era producto de la liberación
de aire disuelto, un aspecto no contemplado por sus contradictores.
En la Península Itálica, este interés por la producción de vacío experimental
desencadena en cuatro grandes ideas. La primera fue abandonar la idea que la
naturaleza aborrece el vacío, así como la sugerencia que una columna de líquido tiene
un límite de resistencia a la ruptura. La tercera se relaciona con que el agua es un
cuerpo, cuya fuerza de caída, según lo medido por la altura máxima de una columna
dio una medida de la fuerza del vacío y, finalmente, que el aire presenta peso.
El montaje experimental de Gasparo Berti fue objeto de atención para Evangelista
Torricelli, quien propuso una forma más elegante para su elaboración. Para esto,
recurrió a Mercurio y a un tubo de tres pies de largo. En este caso el Mercurio mantuvo
una altura de veintinueve pulgadas.
65
Figura 6. El montaje experimental de Torricelli
Fuente: Instituto y Museo de Historia de la Ciencia (s.f.)
De esta manera, Torricelli llenó un tubo de vidrio, abierto en un extremo, con Mercurio.
Luego cerró el extremo abierto con un dedo. Posteriormente, ladeó el tubo para
colocarlo al revés y lo sumergió en un contenedor de Mercurio y observó que la
columna de Mercurio solo descendía parcialmente, estacionándose a una altura de 76
cm aproximadamente. Así, estuvo convencido que el espacio creado era vacío pues la
ausencia de materia en el espacio sobre el mercurio podría ser demostrada
reemplazando el Mercurio por agua, con la cual sería rellenado el tubo. Este vacío,
adicionalmente, era sostenido por la columna que dependía del peso que el aire ejercía
sobre el Mercurio en el contenedor.
En las cartas dirigidas hacia Michelangelo Ricci, Torricelli empezó la propagación de
estas ideas sobre el vacío y el peso del aire. Ricci tuvo contacto con Maria Mersenne,
en París, quien lideraba la divulgación de la información científica en Francia. Sus
postulados, por ser considerados como heterodoxos fueron objeto de un escrutinio
detallado. En Francia, se produjo interés por la repetición del experimento de Torricelli y
la verificación de la hipótesis del peso del aire.
66
Pascal corroboró lo realizado por Torricelli, indicando que el aire se mantenía a 33 pies
de una columna de agua o vino. No obstante, persistía la falta de acuerdo en la
interpretación sobre el espacio arriba del mercurio o aparente vacío en razón a los
poderosos argumentos Aristotélicos contra el vacío absoluto. Él mismo también notó la
expansión del aire cuando sometió a reducción la presión. Este personaje igualmente
detectó el incremento en el volumen de una vejiga parcialmente inflada cuando la llevó
a una colina y especuló sobre la relación entre el volumen del aire y la presión externa
sobre éste, aunque no lo expresó en términos de proporcionalidad.
No obstante, se presentó oposición a la idea del vacío, que provino de dos fuentes. La
primera era que los espacios estaban rellenos de éter; la otra era que éstos estaban
colmados de aire enrarecido. El primer punto de vista, adoptado por Descartes y Noël,
fue ampliamente influyente en Inglaterra. Descartes y Noël propusieron que el
descenso de Mercurio estuvo asociado a la entrada de una materia sutil dentro del
espacio, que se atravesaba desde los muros del tubo o a través del mercurio. Para
ellos, la idea del vacío era filosóficamente inadmisible. Para la segunda perspectiva, el
espacio era una manifestación de grandes poderes de expansión o rarefacción del aire
producto de la liberación de la compresión de las capas superior de la atmósfera.
Durante el curso del desarrollo de sus hipótesis del éter, Noël, profesor de Descartes,
encontró que la introducción de un pequeño volumen de aire causaba mayor reducción
en el nivel de Mercurio que el mismo volumen de agua cuando se introdujo sobre el
Mercurio en el experimento de Torricelli. Esto fue un resultado paradójico teniendo en
cuenta que el agua es 400 veces más densa que el aire. De tal forma, el descenso del
mercurio no era solo una manifestación del peso. Noël explicó que la depresión de este
se debía al éter, presente en mucho mayor medida en el aire que en el agua. La
importancia de este experimento no estuvo en la conclusión sino en proveer las bases
para medir de manera el grado de expansión de un volumen de aire. Este mismo
trabajo fue retomado por Giles Persone de Roberval, uno de los críticos más frontales
de Descartes. Durante su revisión del experimento de Torricelli, Roberval filtró burbujas
de aire en el aparente vacío y observó que las burbujas de aire no pasaban dentro del
67
vacío pero permanecían arriba del Mercurio como burbujas diferenciadas.
Posteriormente, él mismo elaboró una teoría para explicar que el espacio tenía aire
rarificado, una explicación acorde con sus principios mecánicos, que al mismo tiempo
desarmó a los opositores del vacío.
Esta opinión estuvo inducida por los trabajos que ilustraron los grandes poderes de
expansión del aire. De estos, el experimento más destacado fue el denominado carpa
vejiga, ideado por él mismo. Se depositó en el fondo de un tubo una vejiga natatoria
con el aire exprimido y debidamente cerrada, el tubo fue rellenado con Mercurio e
inmerso en un plato de esta misma sustancia, cuando el Mercurio cayó la vejiga fue
suspendida en el vacío y ésta se infló. Este experimento fue ampliamente usado para
criticar la hipótesis del éter de Descartes. A partir de esto, Roberval propuso que en
circunstancias normales el aire es comprimido o condensado por la capas superiores y
que éste tiene un poder natural de resiliencia que le permite expandirse cuando se
libera de la comprensión.
Figura 7. El experimento carpa - vejiga
Fuente: Webster (1965)
68
Roberval también señaló que a iguales volúmenes de agua y aire sobre el Mercurio, el
aire causaba una gran depresión en el nivel de Mercurio. A raíz de su experimento
sobre la carpa – vejiga concluyó que el agua presionaba al Mercurio por su peso
mientras que el aire ejercía una fuerza de dilatación. Adicionalmente, Roverbal notó
que un volumen de aire causaba la más grande depresión de Mercurio en tubos más
pequeños y la más mínima expansión en tubos grandes. Para explicar lo sucedido
recurrió a la metáfora de la primavera del aire como algo similar a la resiliencia de un
arco, el cual, cuando es liberado de la presión tiene un gran rebote durante el inicio de
la primavera, que disminuye hasta que retorna a la aquiescencia. Cuando el aire es
liberado de la compresión del conjunto del peso de la atmósfera tiene el más grande
poder de la elasticidad al principio de su expansión.
Esta elasticidad después disminuye en la medida que este se sigue expandiendo. La
conclusión es que cuando el aire se dilata por si mismo va perdiendo su fuerza de
elasticidad. Para Roverbal este experiment se explica por el equilibrio entre la presión
de la atmósfera y la presión de la columna de Mercurio y el aire encerrado. Cualquier
alteración de este equilibrio para alterar el volumen de aire en el tubo causa un reajuste
del nivel de Mercurio para restaurar el equilibrio. Lo que se resumen en el principio de
la conservación.
Mersenne, se impresionó por el trabajo de Roverbal y la información sobre la
rarefacción del aire fue diseminada a los corresponsales europeos. Ahora, este
Francés vaciló sobre la interpretación del vacío en el experimento de Torricelli. No
obstante, en su último trabajo, incluyó un reporte de la depresión del mercurio por un
volumen de aire y en una carta a su amigo Hevelius en 1648 advirtió que la cuestión
del vacío había sido reabierta y al mismo tiempo expresó sus reservas sobre la teoría
Aristotélica de la rarefacción. Sin embargo, por Julio de 1648 estuvo convencido que el
espacio contenía aire enrarecido.
Hacia el año de 1647, Jean Pecquet reportó el experimento de la carpa vejiga de
Roverbal a Mersenne. Pecquet coleccionó varios experimentos que mostraron que el
69
aire tenía peso y elasticidad o elater. Este personaje tomó los experimentos de la carpa
– vejiga de Roverbal y el de encerrar el aire o el agua sobre el mercurio del aparato de
Torricelli. El aporte más significativo de Pecquet estriba en el énfasis sobre la
elasticidad del aire. Mientras que Roverbal empleó la expresión rarefacción del aire
para explicar la expansión del aire, Pecquet prefirió recurrir al término elasticidad o
eláter. Este término fue ampliamente adoptado por diversos autores Ingleses y a través
de los trabajos de Charleton, Power y Boyle empezó a ser familiar en los lectores de
siglo XVII. Probablemente, el término eláter fue la analogía de spring, utilizado por
Robert Boyle.
5.2.2.3 La introducción de los experimentos sobre la presión del aire en Inglaterra.
Hacia la década del 50, en pleno siglo XVII, se introduce el experimento de Torricelli a
las actividades que se desarrollaban en Oxford, Inglaterra, que incluyeron
posteriormente a Robert Boyle. Así lo evidencia la correspondencia entre los miembros
de este grupo y Mersenne. La primera publicación en inglés del experimento de
Torricelli fue realizada por Walter Charleton, quien fue educado en la Universidad de
Oxford. Tanto Charleton como los autores Franceses, se interesaron en el experimento
de Toricelli como un problema experimental de la Física. Este científico percibió la
expansión y comprensión del aire adoptando el modelo teórico del aire como una masa
de partículas elásticas. Este modelo conceptual se le atribuye normalmente a Boyle
pero en realidad ha sido previamente implicado en el libro de Pecquet así como en el
de Charleton.
Posterior a Charleton, se destaca Henry Power, quien adoptó un enfoque experimental
al problema de la presión del aire. Educado en Cambridge, realizó sus primeros
estudios sobre el sistema linfático. Su única publicación, denominada Filosofía
experimental, apareció en 1663, diez años después de su experimento, razón por la
cual no se le ha otorgado a Power el debido reconocimiento sobre sus experimentos
relacionados con la presión del aire.
70
Cuando salió de Cambridge, Power realizó paseos al Oeste de Yorkshire, por lo que
perdió contacto con la comunidad científica inglesa. Más adelante, cuando la Royal
Society fue instituida él regresó al estudio experimental de la presión del aire. A
diferencia de sus predecesores, Pecquet y Roberval que adoptaron la teoría del
rarefacción del Aire, Power se inclinó por los planteamientos aristotélicos. Él creía que
el aire consistía de infinitos corpúsculos divisibles o átomos suspendidos en un éter o
materia sutil; no obstante, a diferencia de Pecquet quien consideraba que el
movimiento de tales corpúsculos no obedecía a la actividad del éter, por lo que
introdujo el concepto de actividad innata de las partículas de la materia.
Su amigo Towneley, proporcionó una interpretación que difería de la realizada por los
autores franceses, motivo por el cual dudó en comunicar los hallazgos, solo cuando en
el último experimento la columna de Mercurio alcanzó una altura de 29 pulgadas. A
pesar de la variación que éste realizó en el diámetro, la longitud y las formas de los
tubos, el Mercurio permaneció a 29 pulgadas en su altura vertical. El espacio que se
percibía por encima del Mercurio llamó la atención de Towneley, así si este espacio
podría ser rellenado con agua no podría contener aire. El pensó que el espacio no
contenía solamente ni luz ni vapor de Mercurio pero sí podía transmitir la luz. De esta
manera, asoció que toda lo sucedido se debía a algún tipo de contacto y no podría ser
vacío y debía contener un éter. Posteriormente, Power se interesó por la elasticidad del
aire; para ello, retomó las colecciones de experimentos realizadas por Pecquet.
Los trabajos de Power y Towneley establecieron que el descenso o la caída del
Mercurio o el agua fue más notable a la mitad del tubo que cuando éste estaba
rellenado por igual con Aire y Mercurio o con Aire y Agua. El problema consistía en que
esta generalización no podía ser aplicada a tubos con diferentes longitudes, y, además
no hubo preocupación por la presión externa ejercida. El aporte más significativo fue el
interés por la expresión cuantitativa de los experimentos, que fueron revividos por el
trabajo de Robert Boyle.
71
5.2.2.4 Primeras investigaciones de Boyle sobre la presión del aire. Hacia 1658 Boyle
inició de manera sistemática los estudios sobre las propiedades químicas y físicas del
aire. La principal herramienta para esto fue la invención de la bomba de aire, en manos
del Germano Otto Von Güericke hacia 1654. Boyle se percató que este aparato podría
ser utilizado para elaborar experimentos en vacío y estudiar el rol del aire en la
combustión. En enero del primero año, Boyle le escribió a Hartlib, contándole su
fascinación por el aparato del alemán y en ese mismo año también se dirigió al
constructor de instrumentos de Londres, Ralph Greatorex y a Robert Hooke, su
asistente en Oxford, para construir una bomba de aire. El diseño y la construcción final
del aparato fue, principalmente, trabajo de Hooke.
Una de las ventajas de la bomba de aire que se le atribuye a Boyle sobre la realizada
por el alemán Otto Von Güericke es el uso de un estante eficiente y un piñón para
mover el pistón, además de una segunda abertura dentro del globo, lo que permitió la
inserción de objetos experimentales. A esto el irlandés le atribuyó el nombre de Bomba
de aire o motor neumático.
En el libro Nuevos Experimentos Físico – Mecánicos, Tocando la Primavera del Aire,
publicado por la Universidad de Oxford en 1682, Boyle realiza numerosos experimentos
acerca de la “primavera” del aire a través de diversas pruebas sobre su peso. Como se
ha explicado, los experimentos franceses e italianos, en especial, los trabajos de
Torricelli y Pecquet, fueron influyentes para el concepto de la presión del aire.
72
Figura 8. La bomba de vacío
Fuente: Boyle (1682)
La primera parte del trabajo se enfocó en probar que el aire tenía las propiedades de
peso y elasticidad. El peso fue la primera característica del aire, rasgo que fue
deducido desde los trabajos de Pascal y Torricelli y por la ponderación directa del aire.
Boyle no estuvo satisfecho con los juicios de sus predecesores por no tener la
suficiente precisión y mejoró este aspecto encontrando que el agua era 938 veces más
densa que el aire.
Él estuvo convencido de la elasticidad del aire y buscó un modelo teórico con el cual
explicar este fenómeno, y, para ello, se inclinó por el modelo que había propuesto
Power, relegando a un segundo plano la indecisión sobre si los corpúsculos estaban
suspendidos en éter o vacío. En ese tiempo, las investigaciones sobre las propiedades
físicas del aire se enfocaban en la teoría de la elasticidad. Sin embargo, Boyle estuvo
indeciso sobre la verdadera representación que se hacía de su estructura en lo referido
a la capacidad de dilatación del aire sin una compresión previa.
73
Boyle presentó la teoría de la estructura del aire de Descartes y notó que se le daba
poca importancia a los corpúsculos ya que su presión resultaba de la agitación que se
recibía desde el éter como fluido. Además, recurrió a las teorías Aristotélicas y
Atomistas para ilustrar el fenómeno de la elasticidad pero estuvo atento para concluir
que ninguna de las dos representaba la verdadera constitución física del aire.
Este personaje vio que las 29 pulgadas de Mercurio en el tubo de Torricelli no podrían
ser apoyadas por el peso de la columna de aire desde que este fuera efectivamente
aislado de la atmósfera por el globo de cristal sellado. El mercurio estaba ahora
apoyado por la resistencia de las partículas del aire. A una conclusión similar arribó
Torricelli, quien al ser preguntado por Ricci para explicar la suspensión del cilindro de
Mercurio respondió que las capas más bajas de aire fueron comprimidas por la
superior.
Sin embargo, no existe evidencia que indique que Torricelli realizó la confirmación
experimental de esta hipótesis. De hecho fue Pascal el encargado de examinar la altura
de la columna de Mercurio, y, Boyle, de rarificar el aire con su bomba de vacío. Este
último tuvo la esperanza de derivar una ley que relacionara la densidad del aire
encerrado con la elasticidad, con la contribución de tres prominentes matemáticos
como Wren, Wallis y Ward, quienes concluyeron que no podían realizar mediciones
precisas sobre el descenso del Mercurio porque consideraban que no serían útiles.
Comparar las lecturas podría ser inútil desde que la fuga del container incremente. En
realidad, la fuga fue insignificante durante los primeros golpes de la bomba de aire, por
lo tanto Boyle repitió su experimento con la esperanza de comparar los resultados con
globos de diferentes capacidades.
Este método pudo haber sido satisfactorio si se hubieran escogido globos del tamaño
adecuado. Después él mismo sugirió que el uso de un globo pequeño generaba otras
dificultades. El volumen de Mercurio residual disminuía a medida que caía en el tubo,
por lo cual sugirió que esto podría influenciar en la precisión de la determinación de la
presión, subsecuentemente, los volúmenes de aire extraídos desde el globo podrían
74
estar más rarificados, y, en consecuencia, no podrían ser comparados con un volumen
igual de aire a presión atmosférica.
A pesar de las dificultades mencionadas, Boyle concluyó que estos traspiés requieren
más habilidades matemáticas y más tiempo del que ha dedicado, y estuvo dispuesto a
hacer referencia a las precisiones más agradables provenientes de algunos de
nuestros aprendizajes. Esta situación indica las dificultades que presentó Boyle para
determinar la relación entre presión y volumen del aire. Con todo, estos trabajos de
Boyle se constituyeron en los primeros esfuerzos por determinar la relación entre estas
dos variables. A pesar de los errores, él tuvo claro que el objetivo consistía en elaborar
una tabla que, en principio, conectara las densidades y presiones del aire. Estos
intentos iniciales estimularon a varios autores para emplear este fructífero estudio
experimental que incluyó el importante comité, recién constituido, de la Royal Society,
en el que se destacan, como ya se mencionó, Power and Towneley.
5.2.2.5 Power and Towneley: La medición directa de la elasticidad del aire. El nombre
de Towneley estuvo asociado a la invención del pluviómetro, registros metereológicos y
la sugerencia de la hipótesis de lo que ha empezado a ser conocido como Ley de
Boyle. La familia de Towneley era terrateniente y de ascendencia eclesiástica. Richard
Towneley nació en 1629 y fue el hijo mayor de Charles Towneley. Las simpatías
católicas de su familia pueden explicar por qué Richard poco se introdujo en las
atenciones públicas y evitó empezar siendo miembro de la Royal Society..
Sus intereses científicos fueron similares a los de Power y al final los dos fueron físicos
de la familia de Towneley, así como colaboradores en actividades científicas, entre
1653 y 1664. Power y Towneley leyeron los Nuevos Experimentos Físicos Mecánicos
de Boyle y esto produjo que ellos estudiarán la presión y elasticidad del aire que
demostraron en 1653.
Towneley fue consciente del experimento de Pascal, el cual se apoyó en la predicción
de Torricelli, según la cual, la columna de Mercurio podría subir 33 pies cuando era
75
apoyada por el peso de la atmósfera. Debido a que no lograron construir el aparto en
vidrio, lo hicieron en latas que fueron selladas con soldadura de estaño de 33 pies de
largo. La última parte del aparato hecha de vidrio fue el final de la sección. El tubo fue
parado y rellenado con agua hasta la parte superior, cuando éste estuvo lleno de agua
la parte superior se selló y la cola fue inmersa en un depósito de agua. La altura inicial
del agua, de 32 pies, fue disminuyendo debido a la existencia de un escape en la unión
entre las latas y el vidrio del tubo.
En 1661 Power y Towneley regresaron a examinar la elasticidad del aire. Tomaron
iguales volúmenes de agua y mercurio en tubos de Torricelli y los sumergieron en
platos de mercurio, midiendo la expansión del aire. La nueva característica de este
experimento fue la medición de la expansión del aire a diferentes altitudes sobre la
montaña Pendle en Lancashire. La elasticidad del aire disminuía a medida que se
ascendía la montaña Pendle. Esta observación fue correlacionada con otro
experimento en el que el volumen del aire aumentaba durante el descenso. En el nivel
de mercurio en el tubo de Torricelli fue de 28.4 pulgadas mientras que en la cumbre de
la montaña fue de 27.4.
Otro experimento fue realizado con diferentes tubos y diferentes altitudes con el fin de
medir la expansión del aire a diferentes presiones. Este experimento les permitió
comparar los valores del mercurio con los volúmenes de aire. En su reporte registraron
dos cantidades de Mercurio (llamadas Mercurio standard y mercurio complemento) con
dos cantidades de aire (denominadas aire y aire dilatado). Así establecieron que:
Mercurio standard = p1
Mercurio complemento = p2
Aire = v1
Aire dilatado = V2
La ecuación p1 v1 = p2 v2 permite calcular los resultados de experimentos similares en
los cuales un valor es desconocido. Esto supone la relación inversa entre el volumen y
76
la presión del aire. La virtud principal consistió en que en un mismo tubo se compararon
el volumen de aire con la altura del mercurio. Este método tuvo una ventaja inicial
sobre el de Boyle porque el volumen de aire fue establecido directamente, mientras que
en el de Boyle fue calculado.
Power and Towneley han obtenido así el reconocimiento de la reducción de la presión
atmosférica del aire con la altitud. De tal forma, a una disminución de la presión
atmosférica se corresponde un aumento en la altitud. Unos pocos juicios serían
suficientes para verificar esto y reconocerles su propuesta de relación entre el volumen
y la presión del aire.
Estos autores fueron conscientes que esto significaba un pequeño apoyo a la física
Aristotélica entre sus contemporáneos. Ambos consideraron la inexistencia del vacío
argumentando que todos los volúmenes que se extendieran debían contener materia.
Adicionalmente adoptaron la opinión Aristotélica que no habrá movimiento en el vacío;
desde que el espacio por encima del Mercurio en el tubo de Torricelli transmita luz y
magnetismo y desde que existieran las sustancias este espacio debía también contener
un medio.
El trabajo de Power y Towneley fue referido en la segunda edición de los experimentos
Físico Mecánicos de Boyle en 1662. El significado del avance experimental de estos
autores reposa, más que en su registro, en su publicación. La correspondencia entre
Power y Towneley muestra que sus experimentos sobre la presión del aire circularon,
entre 1661 y 1663 en la Royal Society y fueron de particular interés para Boyle. El
contacto con este grupo les permitió la circulación de sus investigaciones. La referencia
a los trabajos de estos científicos en la segunda edición de los experimentos físico
mecánicos fue la base para la proporción entre la densidad del aire y su presión.
Sumado a esto, Robert Boyle también detectó en el experimento de Pascal un
experimento importante, por la idea del peso del aire; esto explicaría el descenso del
mercurio con el incremento de la altitud. Boyle recurrió a dos trabajos para reafirmar el
77
punto de vista de Pascal; el primero, realizado por Ball en la montaña de Devonshire y
el otro en Lancashire por Towneley; ambos apoyaron la idea de que entre más cerca se
encuentre la cima de la montaña a la atmósfera el nivel de mercurio más disminuye.
Dos cosas confirmaron la hipótesis de Boyle. El trabajo de Towneley y la persona que
lo asistía que hicieron el experimento de Torricelli en la cima de la montaña, para dejar
una determinada cantidad de aire en el tubo antes de que la boca de éste fue colocada
bajo la boca del mercurio y tomaron nota de cómo bajaba tal cantidad de aire
deprimiendo el cilindro mercurial; ellos igualmente observaron que en el pie de la
montaña el aire no estaba en la capacidad de deprimir demasiado el mercurio. Por lo
cual concluyeron que el cilindro de aire en la cima de la montaña sería más corto y
liviano.
5.2.2.6 Los experimentos de Robert Boyle. Robert Boyle nació el 25 de enero de 1627,
en el seno de una rica familia aristocrática de Irlanda. Su educación formal la recibió en
Suiza e Italia; en este último país conoció los trabajos astronómicos de Galileo, los
cuales desarrollaron en él un interés por la ciencia. Los primeros acercamientos del
irlandés a los gases datan de 1644, cuando tenía tan solo diecisiete años de edad,
después de abandonar su familia e Instalarse en Inglaterra. En el año de 1654, se
instala en Londres, ciudad donde existía la Royal Society, una de las academias de
ciencias más importantes de Europa.
Sus relaciones con esta academia de la ciencia se caracterizaron por ser conflicitvas.
De hecho, en principio, el señor John Herschel sostuvo una actitud hostil contra Boyle
al mencionar que su filosofía era equivocada, así como su intento fallido de descubrir la
teoría de la gravitación de Newton. Estos dos factores, perjudicaron el prestigio que
Boyle en el seno de la Royal Society. Boyle, en su defensa de la filosofía cartesiana
admitió que la última causa o la esencia de todos los cambios es la colisión o el
impacto; contrario a lo sostenido por Newton, quien afirmaba que las causas últimas
eran las fuerzas. La aceptación de las ideas de Newton en la sociedad inglesa
suscitaron que las posturas de Boyle se tornaran impopulares.
78
A juzgar por la obra Nuevos Experimentos Físico Mecánicos, publicada por la
Universidad de Oxford en 1682, Boyle realizó un total de 43 experimentos, en
respuesta a las objeciones de Franciscus Linus. Dos años tardó el científico Irlandés en
responder a Linus. En principio, los dos estaban de acuerdo en que la elasticidad era
una propiedad del aire; no obstante, Linus negó que esta mezcla de gases fuera tan
elástica como lo suponía Boyle. De ahí que su reto consistiera en investigar la hipótesis
cuantitativa de la elasticidad del aire.
Para esto, retomó dos trabajos que se realizaron en las montañas inglesas de
Devonshire y Lancashire. Los dos con conclusiones similares; así, en la parte superior
de la montaña se realizó el experimento de Torricelli, detectando cómo al introducir la
boca del tubo en el recipiente de Mercurio el aire tenía la capacidad de deprimir el nivel
de Mercurio; contrario a lo sucedido en el pie de la montaña, donde el aire incluido no
estaba en la capacidad de deprimir demasiado el nivel de Mercurio.
El papel de Towneley fue determinante para la pretensión de Boyle de refutar los
cuestionamientos de Linus. Según un reporte de Henry Power en 1663, Boyle vió en
los trabajos de Towneley un insumo valiosos para desarrollar sus propios
experimentos. Se dice que Boyle tuvo acceso a los manuscritos de Power en 1661 y a
los experimentos de Towneley en 1661; en el 62 publica sus manuscritos. Mientras que
estos dos vacilaron en publicar sus trabajos; Boyle lo hizo de manera acelerada. El
acierto de Towneley consistió en combinar lo realizado por Roverbal y Pascal. Así
agregó aire al vacío de Torricelli y al mismo tiempo consideró la altura de la montaña.
Boyle vio la oportunidad de realizar sus trabajos siguiendo a Towneley y sin escalar
montaña. Para esto eran necesarios instrumentos de medición sensibles. En un primer
momento se pensó en trabajar con agua; sin embargo, posteriormente, la elección del
mercurio sobre el agua se debió a la inconveniencia de trabajar con una alta columna
de agua (12 yardas) comparada con una baja columna mercurio (30 pulgadas). El
experimento mostró desviaciones que Boyle atribuyó a variaciones de la temperatura.
79
Sumado a esta motivación de responder a Linus, Boyle también se entusiasma por
complacer los deseos de su sobrino, el señor de Dungarvan. De tal forma, le concede a
este señor el deseo de realizar más experimentos sobre el aire y el descenso del
Mercurio en el famoso experimento.
En esta concesión, Robert Boyle le expresa a su sobrino la incapacidad de realizar los
trabajos sin tener en cuenta los experimentos de Torricelli. También recuerda que un
libro publicado por el Jesuita Schottus se relató cómo el ingenioso Otto Güericke
practicó un camino para el vaciado de los recipientes de vidrio y cómo él se deleitó con
esto ya que se percató de la gran fuerza del aire externo.
Varias fueron las consideraciones que realizó Boyle para adelantar sus trabajos. La
primera de ellas, tanto los hombres como las otras criaturas que respiran no pueden
vivir muchos minutos sin aire; en este sentido, cualquier descubrimiento considerable
sobre su naturaleza será importante para la humanidad. De la misma manera, el aire
que se encuentra en el ambiente y que va en dirección hacia nuestros cuerpos es
continuo, y, finalmente, que descubrir la naturaleza del aire sería probablemente
descubrirnos a nosotros mismos.
El conocimiento del experimento de Torricelli, probablemente, llegó a oídos de Boyle
por la más importante academia científica inglesa, conocida como la Royal Society, que
estableció un reporte sobre el experimento de Torricelli y en la reunión que se realizó
con los miembros de la sociedad se decidió introducir la idea de la comprensión del aire
en un tubo en forma de “J” . Este tubo en forma de J fue ideado debido a que el brazo
más corto podría contener un volumen de aire el cual podría ser comprimido por un
volumen de líquido en el brazo más largo. Entonces, esto proveería un método para
medir el volumen y la presión del aire en un aparto individual, aunque para obtener la
presión total del aire, la presión atmosférica también fue necesaria. La debilidad del
aparato fue el extremo sellado, el cual fue responsable de romperse bajo la presión.
80
Figura 9. Tubo en forma de “J”
Fuente: Boyle (1682)
Ya Boyle tenía la intuición de la relación que existía entre la elasticidad del aire y su
presión; él se dio cuenta que en el extremo del brazo más largo era necesario el
mercurio, desde que la elasticidad del aire aumentaba considerablemente a medida
que su volumen disminuía.
Posteriormente, su investigación tuvo un progreso adicional y él se presentó a la Royal
con una tabla de resultados mostrando la relación entre el volumen del aire y la altura
del mercurio. Esto indicó la naturaleza de la elasticidad del aire de manera más clara.
La dificultad técnica en el experimento fue la producción de tubos de perforación y un
brazo lo suficientemente largo. Muchos tubos fueron dañados en los intentos. En el
experimento público el brazo más corto fue de 42 pulgadas y el más largo de
aproximadamente 120.
En un experimento de 1660 él hizo especial énfasis en las causas del error y las
dificultades técnicas. De manera particular, la gran longitud del tubo de mercurio
necesitaba de dos personas para sostenerlo; uno trasvasando lentamente el mercurio
dentro y el otro midiendo el volumen del aire comprimido. Una mejoría respecto al
81
experimento de Towneley and Power fue la medición del Mercurio en pulgadas y las
unidades más pequeñas calibradas fueron de 1/8 de Mercurio. Los resultados fueron
dados en pulgadas y un cuarto de pulgadas. Esto fue interesante debido a que nadie
de los observadores usó un sistema decimal de calibración. El mercurio fue trasvasado
y su altura vertical fue registrada con cada reducción del volumen de aire en media
pulgada; cuando el volumen de aire fue reducido a la media pulgada, las mediciones
fueran realizadas a un cuarto.
La observación que Boyle notó con gran placer fue que el volumen de aire había sido
reducido a la mitad cuando el mercurio se mantuvo en 29 pulgadas en el brazo largo,
esto es, cuando la presión del aire fue doblada. Boyle no reconoció asistencia en la
formulación de su trabajo, aunque el observó que sus hallazgos eran acordes con los
trabajos experimentales realizados por Power y Towneley. Esto no signfica que él de
manera inmediata haya formulado la expresión que implica proporcionalidad entre la
presión externa y la expansión de un volumen de aire. Esto ocurrió mucho tiempo
después.
Asimismo, Boyle examinó la influencia que la expansión del aire tuvo sobre su presión.
Para esto, él uso una forma modificada del aparato de Torricelli. El tubo tuvo seis pies
de largo y él lo sumergió casi todo en un cilindro de mercurio. Una pulgada de aire fue
incluida en el tubo, la cual fue sumergida en el mercurio. Se registró la altura del
mercurio por cada incremento de una pulgada de aire incluida. El nivel del mercurio fue
medido contra los cada vez más largos incrementos en el volumen del aire. Boyle no
pudo formular una hipótesis considerando que él ya había elaborado una suposición
sobre la compresión del aire. Esto se pudo deber a su fracaso para entender que la
verdadera presión del volumen de aire contenido era obtenida restando la altura del
barómetro menos la altura del mercurio en el tubo.
Boyle reconoció el papel de towneley; así es probable que Boyle haya derivado la ley
de los experemientos sobre la comprensión de los gases, mientras que Towneley hizo
notar que esto también aplicaría para los experimentos sobre la expansión. Boyle
82
comentó sobre Towneley, quien experimento con Power sobre la presión del aire ; de
hecho, éste fue registrado en los nuevos experimentos físico mecánicos. En sus
experimentos Towneley y Power se dieron cuenta que la presión del volumen de aire
encerrado fue estimada por sustracción del nivel de mercurio en el tubo experimental .
El resultado de esta sustracción ellos lo denominaron mercurio complemento. Así
ayudó a la interpretación de Boyle sobre la expansión del aire.
La contribución más importante de Robert Hooke estuvo en la elaboración de la bomba
de aire pero los experimentos usando esta bomba no permitieron una estimación
cuantitativa de la elasticidad del aire; además, él fue la persona que probablemente
asistió a Boyle en el experimento de Torricelli. Sin embargo, Hooke no es mencionado
en la historia de la Royal Society como participante en los experimentos sobre la
presión del aire, antes de 1662, tiempo en el cual se dieron los mayores avances en
este sentido.
La formulación de la ley de Boyle fue producto de diversas investigaciones pacientes
de varios autores. Los experimentos de Power and Towneley empezaron en 1653 y los
de Boyle en 1658. La virtud de Boyle no consistió tanto en la formulación de la hipótesis
sino como un modelo de ejemplo de una investigación experimental de un problema
físico cuantitativo. Por otra parte, el trabajo de Boyle podría ser lo que le sirvió a
Newton para darse cuenta sobre la importancia de la elasticidad. Además, también se
evidencia el importante papel de la Royal Society, que estimuló la investigación
experimental. Esto incrementó el número de investigaciones referentes al problema,
facilitó la comunicación entre amplios trabajos científicos y fomentó o incluso patrocinó
la publicación de sus resultados.
5.3 LA NATURALEZA DE LA CIENCIA (NdC) DESDE UNA PERSPECTIVA DE
MODELOS.
En las líneas subsiguientes se realiza una aproximación al constructo Naturaleza de la
Ciencia (NdC) desde la visión semántica de ciencia. Esta discusión teórica gira en torno
83
a la pregunta por qué tipo de ciencia deberían enseñar los profesores de ciencias, con
lo cual se fundamenta la denominada ciencia escolar. De acuerdo con Adúriz (2001)
existen diferentes escuelas filosóficas que se originaron a partir del siglo XX. No
obstante, el modelo cognitivo de ciencias presenta un “enorme potencial formal y […]
directas implicaciones para la didáctica de las ciencias” (p.412).
Para empezar, es común percibir que numerosas personas, inclusive aquellas que
acceden a la educación superior, afirmen taxativamente que disciplinas como la Física,
la Biología y la Química son de carácter científico y no dudan en catalogarlas como
ciencias. Sin embargo, muy pocos reflexionan sobre las características que ellas deben
presentar para designarlas como ciencia. Una cosa es saber realizar correctamente
una actividad y otra bien distinta saber en qué consiste realizar esa actividad
correctamente. En este sentido, resulta pertinente distinguir entre saber ciencia y saber
qué es la ciencia.
Justamente, la NdC, en sentido genérico, pretende aproximarse a esta cuestión. Así, se
la puede concebir como la “capacidad de dar razón de lo que la ciencia es, lo que
puede expresarse también sumando los titulares de los libros de Chalmers: ¿qué es
esa cosa llamada ciencia? y ¿cómo se fabrica, o cómo se construye?” (Berta, 2005, p.
35) Estos interrogantes adquieren sustento en saberes de segundo orden, tales como
la epistemología, la historia y la sociología de la ciencia, y más recientemente, la
psicología de la ciencia, en tanto metaconcomientos de la NdC, así:
Figura 10. Definición de NdC
Fuente: Mccomas y Oslon (1998)
84
La Naturaleza de la Ciencia (NdC), en tanto metacontenido con alto valor educativo,
necesita por lo tanto ser enseñada y aprendida. Para esto propósito, es fundamental
impulsar un razonamiento basado en modelos. De acuerdo con Nersessian (2001),
citado por Morales (2010) este tipo de razonamiento “facilita la comprensión de la
naturaleza artificial y tentativa del conocimiento científico, favorece comprender el
dinámico interjuego de las acciones de la ciencia, negocia con el conocimiento previo
de los estudiantes para proveer modos de representación cada vez más complejos de
los sistemas reales” (p.23). Lo anterior ubica la discusión en el plano de los procesos,
funcionamiento, procedimientos y productos de la ciencia, situándose sobre y en ésta.
De tal forma, se evidencia que es menester articular la enseñanza y el aprendizaje de
la NdC desde la visión semántica de ciencia.
De acuerdo con Justi (2006) el enfoque por modelos presenta varias ventajas:
En el contexto de esta propuesta [la enseñanza de ciencias basada en la
elaboración de modelos], los alumnos tienen la oportunidad de
experimentar aspectos excitantes e interesantes de la producción del
conocimiento científico, de pensar sobre los propósitos de la ciencia, de
poder formular preguntas más críticas y atinadas, de proponer
explicaciones y previsiones, y de evaluar el modelo propuesto para
obtener informaciones que puedan ayudar en la reformulación del mismo.
En otras palabras, la construcción de modelos es una actividad con
mucho potencial para implicar a los alumnos en «hacer ciencia», «pensar
sobre ciencias» y «desarrollar pensamiento científico y crítico». De esta
forma la ciencia dejaría de ser algo que se lee en los libros para
transformarse en una actividad mediante la cual los fenómenos se
estudian de una forma activa (p. 178).
Según lo advierten Justi (2006) y Morales (2010) para aprender sobre la ciencia es
necesario comprender su naturaleza, así como identificar que los procesos de
modelización son algo fundamental. Ahora bien, desde la perspectiva histórica en la
85
que se circunscribe el presente trabajo de investigación también es de su importancia
reflexionar acerca de las transformaciones que han sufrido los modelos históricos a
través del tiempo y cómo se configuran en un punto estructurales de estudio para el
análisis del cambio en la naturaleza del conocimiento científico. El aprendizaje de la
ciencia requiere, en consecuencia, comprender la creación, expresión y formas de
aceptación de los modelos construidos con un objetivo determinado.
86
6. MÉTODO Teniendo en cuenta que el objetivo del presente trabajo es comprender la incidencia de
una Secuencia Didáctica (SD) sobre los modelos históricos de la Ley de Boyle en las
concepciones de Naturaleza de la Ciencia (NdC) que presenta un grupo de profesores
en formación de ciencias naturales de la Universidad del Tolima se plantea un estudio
cualitativo.
Para este propósito resulta fundamental conocer la realidad a través de la percepción
que tiene los mismos sujetos sobre ésta. Precisamente, Castro y Sehk (1997) coinciden
en que “La principal característica de la investigación cualitativa es su interés por
captar la realidad social a través de los ojos de la gente que está siendo estudiada, es
decir, a partir de la percepción que tiene el sujeto de su propio contexto” (p.165). Desde
esta perspectiva, la realidad social es vista como un texto susceptible de ser
interpretado de múltiples maneras a partir de la comprensión de su sentido.
Dado que uno de los intereses de esta propuesta es mejorar las concepciones de NdC
en este grupo profesores es necesario buscar un método que permita develar lo no
dicho, los sentidos latentes u ocultos, y, precisamente la técnica del análisis de
contenido procura indagar lo que se dice, cómo se dice y, especialmente aquello que
se omite (Chaparro y Rojas, 2009) tomando en cuenta lo que se manifiesta
explícitamente pero intentando dilucidar lo implícito u oculto.
Para realizar el análisis de contenido fue necesario definir el universo, establecer las
categorías de análisis y, finalmente, plantear las unidades de análisis o de contenido.
El universo es el conjunto de oraciones producidas a partir de los registros verbales,
escritos e iconográficos que constituyen el universo documental del presente trabajo.
Las categorías de análisis permiten clasificar las inferencias realizadas y se plasman en
los sistemas categoriales de las tablas uno, dos y tres. Finalmente, las unidades de
análisis o de contenido fueron algunas de las oraciones –citadas textualmente- que se
87
establecieron de acuerdo a la información arrojada por los diversos mecanismos de
recolección de la información. En aras de continuar con este desarrollo metodológico
se presenta, a continuación, el diseño de la investigación que está compuesto por tres
fases.
6.1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
El proceso de investigación requiere de una serie de fases o etapas para su desarrollo.
Así las cosas, la primera fase presenta como objetivo identificar las concepciones
iniciales sobre la NdC y los modelos mentales sobre la Ley de Boyle y su proceso de
constitución. Posteriormente, durante la fase 2, se realiza un ejercicio de intervención
didáctica por medio de la Secuencia Didáctica titulada “Contando historias de la historia
de la ciencia: el caso de la Ley de Boyle”. Aquí se destaca el trabajo cooperativo
cooperativo en grupo de expertos. Finalmente, durante la tercera fase se realiza un
ejercicio de contrastación con la fase uno. De esta forma, se plantean una serie de
interrogantes a partir de la simulación de una situación experimental sobre la Ley de
Boyle y, finalmente, se aplican las mismas cuestiones del COCTS trabajadas en la fase
inicial. Lo anterior permite reflexionar sobre la incidencia de la Secuencia Didáctica en
las concepciones de NdC del grupo de profesores en formación de ciencias.
88
Figura 11. Diseño metodológico. Fase 1
DISEÑO METODOLÓGICO
Fase 1. Identificación de las concepciones de NdC y los modelos mentales
iniciales sobre La ley de Boyle y su proceso de constitución histórico
Etapa1. Construcción del sistema
categorial inicial
Sistema categorial elaborado a partir de
Adúriz (2001 – 2005). Ver tabla 1.
Sistema categorial elaborado a partir de
Webster (1965). Ver tabla 3.
Sistema categorial elaborado a partir de
Justi y Gilbert (2003). Ver tabla 2.
Etapa 2. Diseño y construcción de
actividades
Cuestiones 90411, 90521, 90631, 90651, 90211, 10411, 90511 y 70221 del Cuestionario de Opiniones sobre Ciencia, Tecnología y Sociedad. Ver anexo 1.
Construcción grupal de un modelo para medir la presión y el volumen de aire contenido en una jeringa. Ver anexo 2.
Trabajo individual sobre el vacío, su proceso de medición y proceso de constitución histórico. Ver anexo3.
Etapa 3. Reflexión sobre las
actividades realizadas Documento sobre las concepciones previas de NdC y los modelos mentales iniciales acerca de la Ley de Boyle y su proceso de constitución histórico.
Fase 1. Identificación de las concepciones de NdC y los modelos mentales
iniciales sobre La ley de Boyle y su proceso de constitución histórico
Fuente: el autor
89
Trabajo cooperativo en
grupo de expertos.
Fase 2. Modelos históricos presentes en la formulación de la Ley de Boyle
Etapa 1. Análisis didáctico del Marco
Teórico para la fundamentación de la
Secuencia Didáctica.
Etapa 2. Actividad sobre historias de
la historia de la Ley de Boyle
Etapa 3. Reflexión sobre las
actividades.
Análisis de la fundamentación teórica en
lo relacionado con el proceso de
construcción histórica de la Ley de Boyle
y los aspectos de la NdC que se pueden
potenciar. Se detectaron tres modelos
históricos.
Cuentos narrativos sobre los modelos
históricos presentes en la formulación de
la Ley de Boyle, a saber: Las
discusiones entre Aristotélicos y
Atomistas, el interés por la producción
experimental de vacío y la bomba de
vacío y el tubo en forma de “J”. Se
realizó una lectura inicial a manera de
introducción. Ver anexos 4, 5, 6 y 7.
Discusión con el grupo clase sobre lo
que tiene que ver con las subcategorías
de evolución, juicio y novedad, todas
pertenecientes a la categoría de Historia
de la ciencia.
Fase 3. Simulación de una situación experimental y aplicación del COCTS
Etapa 1. Presentación de la Ley de
Boyle a través de un simulador
Selección de una actividad experimental
sobre la Ley de Boyle con
características similares al trabajo que
se realizó en la fase 1, etapa 2.
Etapa 2. Proceso de modelación de
dicha situación.
Preguntas sobre la relación entre
presión y volumen de aire, las
condiciones iniciales, formulación de
conjeturas y propiedades físicas. Ver
anexo 8.
Etapa 3. Incidencia de la Secuencia
Didáctica en las concepciones de
NdC.
Análisis de las respuestas a las
cuestiones 90411, 90521, 90631, 90651,
90211, 10411, 90511 y 70221 del
COCTS.
Figura 12. Diseño metodológico. Fases 2 y 3.
Fuente: el autor
90
6.2 CATEGORÍAS DE ANÁLISIS
En el diseño metodológico se tuvieron en cuenta algunos aspectos tales como: a) las
concepciones a nivel individual y grupal que sostienen estos profesores en formación;
b) Las concepciones y los modelos no son fáciles de evidenciar, por lo cual se deben
inferir a partir de las respuestas a algunas preguntas del Cuestionario de Opiniones
sobre Ciencia, Tecnología y Sociedad (COCTS) y afirmaciones o situaciones
contradictorias derivadas de las situaciones creadas para que los modelos sean
expresados. Para lograr lo anterior, se recurre a los sistemas categoriales propuestos
por Agustín Adúriz –para las concepciones de NdC- y de Rosaría Justi –en lo que se
refiere a los modelos-. Respecto a los modelos históricos presentes en la formulación
de la Ley de Boyle se presenta un cuadro a partir de la lectura de Webster (1965).
Asumiendo que este trabajo de investigación se ha planteado como uno de sus ejes
centrales la historia de la ciencia, se presenta en la tabla número uno el sistema
categoría del Adúriz (2001-2005) en lo que respecta al componente histórico de la NdC.
No obstante, se reconoce que este constructo también se nutre de los aportes
provenientes de la epistemología, sociología e historia de la ciencia.
Tabla 1. Sistema categorial para la NdC construido a partir de los planteamientos de
Adúriz (2001-2005).
Categoría Subcategoría Temática
Historia Innovación La producción de Novedad en la ciencia
Evolución Características del cambio del Conocimiento científico
Qué es lo que cambia en la ciencia
Juicio Toma de decisiones en la ciencia
Criterios de selección
Condiciones para el cambio
Intervención Formas de intervención de la ciencia
Fuente: Adúriz (2005)
Del sistema categorial propuesto por Adúriz se abordaron en concreto los siguientes
aspectos: El papel de los errores en el progreso científico, la relación ciencia – realidad:
los modelos científicos, el estatus de las leyes y teorías científicas, la provisionalidad
91
del conocimiento científico, la naturaleza de las suposiciones en el progreso científico y
la toma de decisiones: sentimientos subjetivos o motivaciones personales. El aspecto
que hace referencia a la relación ciencia y realidad fue incluido teniendo en cuenta que
plantea directamente la discusión sobre el papel de los modelos científicos. Igualmente,
se indagó sobre la forma en que se toman decisiones porque el tratamiento histórico de
la Ley da cuenta de la importancia del trabajo colectivo y de los intereses personales al
momento de tomar decisiones en la ciencia.
Ahora bien, el otro hilo conductor de este trabajo de investigación, tal como se ha
mencionado, es la visión semántica de ciencia y, en particular, la noción de modelo. En
este sentido, se plantea el sistema categorial propuesto por Morales (2010) a partir de
Justi y Gilbert (2010). En concreto, se abordan los aspectos que se relacionan con la
unicidad y uso del lenguaje
Tabla 2. Sistema categorial para los modelos construido a partir de los planteamientos
de Justi y Gilbert (2003).
Categoría Subcategoría
Entidades Las entidades de modelo están compuestas por:
Objetos
Eventos
Procesos
Ideas
Unicidad Solamente un modelo, “el modelo correcto”, es posible para un fenómeno particular
Un modelo específico es tan sólo uno de varios disponibles para un fenómeno
Un modelo específico es uno de muchos en la progresión histórica
Fuente: Morales (2010)
Para finalizar, se ha realizado una síntesis de los modelos históricos de la Ley de Boyle
a partir de las formulaciones elaboradas en el marco teórico. Estos tres modelos
obedecen a puntos de corte estructurales presentados el desarrollo histórico de la Ley,
tales como el cambio de la discusiones filosóficas a actividades de corte experimental,
así como los trabajo particulares realizados por Robert Boyle, especialmente, la bomba
de vacío y el tubo en forma de “J”.
92
Tabla 3. Modelos históricos presentes en la formulación de la Ley de Boyle construido
a partir de Webster (1965)
Primer modelo: La discusión filosófica
sobre el vacío
Segundo modelo: El interés por la producción de vacío experimental
Tercer modelo: La construcción de la bomba vacío y los
trabajos de Boyle sobre la presión del aire
- Controversia vacuist – plenist. El principal argumento de los atomistas (vacuist) para afirmar que éste existía consistió en considerar que el movimiento no podía ocurrir sin vacío y que la luz era generada por el movimiento rápido de los corpúsculos en el vacío. Aristóteles (plenist) se opuso a estos razonamientos, y, para ello, propuso la noción de movimiento natural de los cuerpos. Según la postura Aristotélica la velocidad de movimiento de un cuerpo estaba determinada por su peso y la resistencia del medio. Respecto al problema de la luz, el hombre de Estagira explicó que la
- Galileo Galilei se interesó por la producción de vacío experimental. Para él, la diseminación del vacío era un aspecto esencial de la materia. - El primer aparato fue diseñado por Gasparato Berti. A partir de este montaje (ver figura 5) se suscitó una discusión: 1. Los defensores del punto de vista plenist sostenían que el supuesto vacío en el globo era la transmisión de un medio potente como la luz, el agua y el sonido, así no había ruptura sino que se presentaba un movimiento o continuidad de la materia. 2. Para Galileo Galilei y Gasparato Berti, que coincidían en la idea según la cual la naturaleza no aborrece el vacío (vacuist), el espacio entre los cuerpos del universo, o los átomos y moléculas de la materia es un vacío. Para estos autores, los ruidos que se escucharon durante la noche cuando el agua descendía era producto de la liberación de aire disuelto, un aspecto no contemplado por sus contradictores. - El montaje experimental de Berti fue objeto de atención para Torricelli (ver figura 6) quien estuvo convencido que el espacio creado era vacío pues la ausencia de materia en el espacio sobre el mercurio podría ser demostrada reemplazando el Mercurio por agua, con la cual sería rellenado el tubo. Este vacío, adicionalmente, era sostenido por la columna que dependía del peso que el aire ejercía sobre el Mercurio en el contenedor. - Oposición a la idea de vacío que provino de dos fuentes. La primera era que los espacios estaban rellenos de éter; la otra era que éstos estaban colmados de aire enrarecido. El primer punto de vista, adoptado por Descartes y Noël, fue ampliamente influyente en Inglaterra. Para la segunda perspectiva, el espacio era una manifestación de grandes poderes de expansión o rarefacción del aire producto de la liberación de la compresión de las capas superiores de la atmósfera. - El experimento carpa – vejiga de Roverbal (ver figura 7) fue importante por varias razones. Primera, circunstancias normales el aire es comprimido o condensado por la capas superiores y que éste tiene un poder natural de resiliencia que le permite expandirse cuando se libera de la
- La invención de la bomba de aire a cargo de Otto Von Güericke hacia 1654. - Boyle se percató que este aparato podría ser utilizado para elaborar experimentos en vacío y estudiar el rol del aire en la combustión. - Junto con Ralph Greatorex y Robert Hooke, su asistente en Oxford, Boyle construyó una bomba de vacío. El diseño y la construcción final del aparato fue, principalmente, trabajo de Hooke (ver figura 8). - La primera parte del trabajo se enfocó en probar que el aire tenía las propiedades de peso y elasticidad. El peso fue la primera característica del aire, rasgo que fue deducido desde los trabajos de Pascal y Torricelli y por la ponderación directa del aire. - Boyle percibió que las 29 pulgadas de Mercurio en el tubo de Torricelli no podrían ser apoyadas por el peso de la columna de aire desde que este fuera efectivamente aislado de la atmósfera por el globo de cristal sellado. . El mercurio estaba ahora apoyado por la resistencia de las partículas del aire. Power y Towneley leyeron los Nuevos Experimentos Físicos Mecánicos de Boyle y establecieron la ecuación p1 v1 = p2 v2 - Experimentos de Boyle en respuesta a Linus. Boyle suponía que el aire tenía grandes poderes de elasticidad, contrario a Linus. - Power y Towneley dudaron en comunicar esta ecuación. Boyle no. - Boyle se vinculó a la Royal Society. Allí conoció los
93
luz era la actualización de un medio potencialmente transparente como el agua o el aire.
comprensión. Segunda, agua presionaba al Mercurio por su peso mientras que el aire ejercía una fuerza de dilatación. Tercera, un volumen de aire causaba la más grande depresión de Mercurio en tubos más pequeños y la más mínima expansión en tubos grandes. - Pecquet prefirió recurrir a la expresión elasticidad o eláter en lugar de rarefacción, término ampliamente aceptado en Inglaterra, país donde Boyle enuncia su conocida Ley de Boyle.
experimentos de Torricelli y diseño el el tubo en forma de “J” (ver figura 10). .- La observación que Boyle notó con gran placer fue que el volumen de aire había sido reducido a la mitad cuando el mercurio se mantuvo en 29 pulgadas en el brazo largo, esto es, cuando la presión del aire fue doblada. Así ilustro la dependencia funcional de estas dos magnitudes variables.
Fuente: el autor
6.3 UNIDADES DE TRABAJO Los profesores en formación de Ciencias Naturales fueron seleccionados bajo
muestreo intencional. Los sujetos seleccionados cumplieron con los criterios
planteados por Marradi, Archenti & Piovani, (2002), entre ellos, las personas que
presentaron información relevante para la investigación, los sujetos más accesibles, la
disponibilidad de colaboración por parte de los entrevistados y la precisión con la que
se comunicara la información.
Teniendo en cuenta que el muestreo intencional presenta como principal característica
que la selección responde a unos criterios, planteados previamente, mas no a un
muestreo aleatorio; las personas entrevistadas fueron seleccionadas siguiendo la
homogeneidad (Marradi, Archenti & Piovani, 2002). Desde el punto de vista de las
concepciones de NdC quienes, se presume, presentan información relevante son
aquellos sujetos que recibieron una formación más o menos homogénea caracterizada
por realizar estudios con una propuesta curricular similar en lo concerniente a cuerpo
docente, núcleos temáticos, investigación y práctica docente, razón por la cual, el
trabajo se centra en un grupo de personas con un nivel de estudios formal homogéneo.
Por tanto, se recurrió, en el marco del muestro intencional, a la homogeneidad desde el
punto de vista de la formación que han recibido los futuros licenciados como criterio de
selección. En este sentido los estudiantes que se encuentran en octavo semestre y
asisten a la asignatura de Didáctica Especial de la Física son la unidad de análisis o
94
muestra y la población o unidad de trabajo estará conformada por los profesores en
formación de ciencias naturales y educación ambiental de la Universidad del Tolima.
6.4 LA SECUENCIA DIDÁCTICA: EL ESTUDIO DE LA LEY DE BOYLE: CONTANDO
HISTORIAS DE LA HISTORIA DE LA CIENCIA
El marco teórico y conceptual que se ha esbozado en líneas precedentes ha tenido
como uno de los dos hilos conductores la historia de la ciencia, lo cual es necesario
para elaborar una propuesta didáctica que busque intervenir la forma tradicional de
enseñanza centrada más en los resultados que en los procesos de la ciencia. El otro
eje conductor del presente trabajo es la visión semántica de ciencia como enfoque
epistémico que sustenta esta Secuencia Didáctica.
En este sentido, es necesario impulsar una enseñanza de las ciencias basada en la
elaboración de modelos. Este enfoque, según Justi (2006) pretende situar a los
estudiantes en la comprensión de los modelos científicos y en aspectos relacionados
con la Naturaleza de la Ciencia (NdC). De esta manera, esta Secuencia Didáctica tiene
como objetivo fomentar el aprendizaje de una visión contemporánea de la NdC a través
del estudio sobre el proceso de constitución histórico de la Ley de Boyle.
Tabla 4. Presentación Secuencia Didáctica
Tema El proceso de constitución histórico de la Ley de Boyle
Nivel Educación Superior
Población Profesores en formación de ciencias naturales y educación ambiental
Número de sesiones: entre 5 y 7 Número de horas: entre 15 y 21
Materiales - Jeringa, dinamómetro, libros, mechera o fósforos - lecturas adaptadas (cuentos) sobre la historia de la Ley de Boyle. - Simulador experimental.
Fuente: el autor
En correspondencia con las características del objeto de estudio que se relacionan con
un estudio de tipo educativo de corte cualitativo, bajo el enfoque de la Investigación –
acción (IA) y el diseño metodológico planteado, se detallan, a continuación las fases de
la Secuencia Didáctica.
95
Fase 1. Identificación de las concepciones de NdC y los modelos mentales iniciales
sobre La ley de Boyle y su proceso de constitución histórico
Actividad Objetivo Instrumentos Universo documental 1
Concepciones previas de
NdC
Identificar las concepciones iniciales sobre la NdC en lo referente a provisionalidad, progreso e innovación del conocimiento científico; el papel de los errores en la ciencia, la relación entre los modelos científicos – realidad y ciencia – tecnología, el estatus epistemológico de las leyes científicas y las decisiones que se toman en la comunidad científica.
Cuestiones seleccionadas del Cuestionario de opiniones ciencias, tecnología y sociedad (COCTS) a partir de los tópicos de NdC que se encuentran presentes en el proceso de constitución histórico de la Ley de Boyle.
Respuestas a las preguntas 90411, 90521, 90631, 90651, 90211, 10411, 90511 y 70221 del COCTS.
2 Modelos
iniciales sobre la medición
de la presión y el volumen
Identificar los modelos expresados a nivel iconográfico y verbal sobre la medición de dos variables fundamentales para la medición de la Ley de Boyle a través de una serie de herramientas tales como jeringas, dinamómetro, fósforos y libros.
Actividad grupal que se relaciona con la forma para determinar la presión y el volumen del aire que hay en una jeringa.
Modelos expresados iconográficos y verbales sobre la medición de la presión y el volumen del aire.
3 Modelos
iniciales sobre la constitución histórica de la Ley de Boyle:
La importancia
del vacío
Identificar los modelos iniciales sobre el vacío, su medición y proceso de constitución histórico.
Actividades iniciales con tres preguntas sobre la existencia del vacío, el proceso para determinar su medición, su representación gráfica y cómo creen que en la historia de la ciencia se supo de la existencia del vacío.
Modelos iconográficos y verbales sobre el vacío, su medición y proceso de constitución histórico.
Una vez fueron expresados los modelos mentales sobre la Ley de Boyle y su proceso
de constitución histórico, e igualmente, acerca de las concepciones de Naturaleza de la
Ciencia (NdC) se realizó una reflexión para cada actividad. En primera instancia se
caracterizaron las concepciones de NdC que presenta este grupo de docentes de
ciencias en formación en lo que se refiere al papel de los errores en el progreso
científico, la relación entre la ciencia y la realidad que está mediada por modelos
científicos, la evolución, la provisionalidad del conocimiento científico, la naturaleza de
las suposiciones en dicho progreso y la toma de decisiones en la ciencia.
Posteriormente, se analizaron los modelos mentales acerca de la medición de la
presión y el volumen de una masa de aire contenida en una jeringa. De manera
96
específica, se abordaron las ideas de transferencia, unidades de medida, fuerzas en el
sistema físico y uso de conceptos tanto en los modelos expresados a nivel escrito
como iconográfico. En lo que atañe al proceso de constitución histórico de la Ley de
Boyle se reflexionó sobre estos modelos acerca del vacío en lo que tiene que ver su
conceptualización, medición y primeras discusiones en la historia de la ciencia acerca
de este constructo.
Fase 2. Modelos históricos presentes en la formulación de la Ley de Boyle
Para el desarrollo de esta de esta fase se implementó la metodología de trabajo
cooperativo por grupos de expertos. De acuerdo con Couso (2005) “esta metodología
se basa en las teorías de aprendizaje socioconstructivista, es decir, en el aprendizaje
en la interacción social, pero centrada en la interacción entre iguales” (p.264). Así las
cosas, se planteó una responsabilidad individual de todos los miembros del grupo en
combinación con el trabajo cooperativo.
Para empezar, el profesor leyó al grupo clase la lectura inicial con el objetivo de
introducir el tema. Posteriormente, se establecieron grupos de 3 estudiantes; a cada
integrante del grupo le correspondió un cuento sobre la historia de la Ley de Boyle.
Con el fin de familiarizar a los estudiantes con los cada cuento previamente se
realizó una glosario con los términos desconocidos, así como una caracterización de
la época y una discusión en torno a la pregunta ¿cómo era ser científico en cada
época histórica?
En la tabla que sigue se presentan esquemáticamente las lecturas, a manera de
cuentos.
Tabla 5. Título de cada minicuento.
Lectura inicial
Lectura I Las discusiones entre Aristotélicos y Atomistas
Lectura II El interés por la producción experimental de vacío
Lectura III La bomba de vacío y el tubo en forma de “J”
Fuente: el autor
97
Posterior a este proceso de contextualización, cada estudiante se hace responsable
de una de las lecturas, de tal forma que se convierte en un experto. Así, tiene una
doble responsabilidad. Por un lado, debe comprenderla y, adicionalmente, realizar
una actividad para que sus compañeros del grupo la comprendan. Con esto, se
asumen responsabilidades individuales y colectivas.
Después se reúnen los expertos, es decir, los estudiantes que se responsabilizaron
de una lectura en particular. Esta reunión de “expertos” estuvo orientada por las
siguientes preguntas:
Tabla 6. Preguntas de cada lectura – cuento.
Lectura I Lectura II Lectura III
- ¿Por qué es importante estudiar la Ley de Boyle? - ¿Cuál es el punto de inicio histórico en el estudio de la Ley? - ¿Qué relación considera que existe entre el aire y el vacío? - Explique los argumentos de Aristotélicos y Atomistas para defender sus puntos de vista. ¿Cuál de los dos le parece más convincente y por qué?
- ¿Cuál era el objetivo de los trabajos realizados en esta época? - ¿Qué relación existe entre el trabajo experimental de Berti y la idea de presión? - ¿Por qué existieron diferentes interpretaciones al espacio que se creó con el barómetro de agua de Berti? - ¿Qué cambió entre el experimento practicado por Berti y el de Torricelli? - ¿Cuál fue la importancia del trabajo realizado por Roverbal?
- ¿En qué radica la importancia de la construcción de la bomba de vacío? - ¿Qué cambió entre el experimento de Torricelli y la bomba de vacío? - ¿Cuál fue la diferencia entre la actitud de Tower y Towneley y la de Boyle? - Explique la importancia del tubo en forma de J - ¿Por qué cree que se formula al final la pregunta acerca de quién construyó la ley de Boyle?
Fuente: el autor
Una vez se han discutido estas cuestiones en los grupos de expertos, se
constituyeron de nuevo los grupos originales con el objetivo de que estos expliquen
a sus compañeros la temática que les correspondió. De entrada, cada experto
motivó a sus compañeros de grupo para fomentar el aprendizaje y con ayuda de las
preguntas le explicó cada lectura a sus compañeros. Por su parte, estos elaboraron
un documento individual con las preguntas explicadas por los expertos. Concluida
98
esta actividad se presentó una discusión con el grupo clase a través de los
interrogantes de la tabla anterior donde, por grupos de trabajo, los estudiantes
debían encontrar ejemplos de algunos tópicos sobre la Naturaleza de la Ciencia
(NdC) a través de unas carteleras.
Fase 3. Simulación de una situación experimental y aplicación del COCTS
Durante esta fase final se realizaron dos actividades. La primera de ellas presenta
como rasgo principal indagar los procesos de modelación en el contexto de una
situación física asociada al comportamiento de los gases. De este modo, a partir de
una actividad de simulación que permitió modelar la relación inversamente proporcional
que existe entre la presión y el volumen de una masa constante de gas a temperatura
invariante (en este caso el aire).
La actividad consistió en simular la actividad experimental que se presentó en durante
la fase I cuyo objetivo consistió en indagar los modelos mentales sobre la medición de
la presión y el volumen del aire contenido en una jeringa. Para esto, fue necesario
establecer como condiciones iniciales que la cantidad de aire debía ser la misma, que
el sistema físico se mantenía en equilibrio, es decir, que sumatoria de fuerzas (aplicada
y de rozamiento) era igual a cero y que los choques entre las partículas gaseosas eran
elásticos, esto es, la energía cinética se almacena en forma de energía potencial que
después se convierte de nuevo en energía cinética. Finalmente, se expresó que para
que la Ley de Boyle se cumpliera, la temperatura debía permanecer constante. Dicho
esto se plantearon una serie de interrogantes (ver anexo H).
En un segundo momento se aplicaron las mismas cuestiones iniciales del COCTS de la
fase I. De esta manera, fue posible comparar las valoraciones emitidas tanto
inicialmente como después de realizar el proceso de intervención didáctica, lo cual
permitió seguir comprendiendo la evolución en las concepciones de NdC del grupo de
profesores en formación de ciencias naturales de la Universidad del Tolima.
99
7. RESULTADOS Y ANÁLISIS
Una vez se han establecido las fases que hacen parte del diseño metodológico, se
presentan, para continuar, los resultados y el respectivo análisis de las actividades
realizadas. De tal forma, en la fase I, se estudian las concepciones iniciales de
Naturaleza de la Ciencia (NdC) a través del Cuestionario de Opiniones sobre
Ciencia, Tecnología y Sociedad (COCTS) en el grupo de maestros en formación,
para dar paso a la reflexión acerca de los modelos mentales expresados en lo
relacionado con la medición de la presión y el volumen del aire, así como con su
proceso de constitución histórico que está mediado por las discusiones en torno a la
idea de vacío.
Posteriormente, se analizan los hallazgos que se derivan de la intervención didáctica
denominada “El estudio de la Ley de Boyle: contando historias de la historia de la
ciencia”. En este sentido, se elaboró un cuento dividido en cuatro lecturas. La
primera de ellas consistió en una lectura introductoria que presenta los personajes
del cuento. Las otras tres contienen los modelos históricos presentes en la
constitución de la Ley de Boyle. Toda la estructura narrativa involucra de manera
expresa aspectos relacionados con la Naturaleza de la Ciencia (NdC). De tal forma,
se trabajaron articuladamente elementos explícitos de NdC con un contenido
científico propio de la Física. Para ello, se implementó el trabajo cooperativo en
grupo de expertos.
Una vez terminado este abordaje de corte histórico, se presentó una situación
experimental simulada que permitió evidenciar la relación existente entre el volumen
y la presión del aire. Finalmente, fueron abordadas las cuestiones iniciales del
COCTS. Esta aplicación final del cuestionario se constituyó en otro insumo para
reflexionar en torno a la evolución de las concepciones de NdC en el grupo de
maestros en formación de ciencias naturales. A continuación, se presentan los
resultados y análisis de cada fase.
100
Fase 1.
Los profesores en formación de ciencias naturales de la Universidad del Tolima han
construido a lo largo de sus experiencias escolares, de la relación con sus pares y
profesores, así como de los mensajes emitidos por los libros de textos y los medios
masivos de comunicación un entramado de ideas sobre el aire, sus formas de
medición, propiedades físicas, proceso de construcción histórica e, igualmente, acerca
de la Naturaleza de la ciencia (NdC). En consecuencia, en esta primera fase el objetivo
consistió en identificar los modelos mentales y las concepciones en torno a estos
asuntos.
Puntualmente, se realizaron tres actividades. La primera, permitió elaborar un
diagnóstico sobre las concepciones de NdC presentes en este grupo de docentes en
formación. La segunda, se centró en los modelos mentales expresados de manera
verbal e iconográfica acerca de la medición y el volumen del aire. Por último, la tercera
actividad que enfatizó en el proceso de construcción histórica de la Ley de Boyle,
donde cobran especial importancia las discusiones en torno a la existencia del vacío,
su medición e historia. En las líneas siguientes, se presenta cada actividad con su
respectivo análisis.
Actividad 1.
Con el ánimo de develar las concepciones iniciales de NdC en el grupo de profesores
en formación se seleccionaron algunas cuestiones del Cuestionario de Opiniones sobre
Ciencia, Tecnología y Sociedad, por su acrónimo COCTS. Las preguntas
seleccionadas se relacionan con elementos de la Historia de la Ciencia (HC) en tanto
hilo conductor principal del presente trabajo. Adicionalmente, se incluyó también una
cuestión sobre el papel de los modelos en la empresa científica, dado que el otro eje
vertebrador de esta investigación es la visión semántica de ciencia e, igualmente, otra
cuestión respecto al estatus que se le otorga a la teorías y leyes científica con el ánimo
de establecer en el plano epistemológico la conceptualización en torno a estas formas
101
especial de expresar el conocimiento científico; más aún, si se tiene en cuenta que el
contenido científico seleccionado es una ley.
El enunciado que se presentó, se describe a continuación:
Responder las siguientes preguntas extraídas del Cuestionario de Opiniones
sobre Ciencia, Tecnología y Sociedad (COCTS). Leer cada afirmación y valorar
dentro del rango de 1 a 9, donde 1 representa total desacuerdo y 9 total acuerdo.
(ver anexo A)
El papel de los errores en el progreso científico
En un principio se percibe como postura mayoritaria que los errores no siempre
significan atraso para la ciencia, es decir, que algunos de ellos pueden suscitar que se
produzcan nuevos descubrimientos pero otros también son susceptibles de generar
atraso en la actividad científica. Lo anterior se evidencia cuando más 14 de 16 de los
próximos licenciados en ciencias naturales manifiestan estar de acuerdo con la
siguiente afirmación: “Algunos errores pueden retrasar el avance de la ciencia, pero
otros pueden conducir a nuevos descubrimientos o avances. Si los científicos aprenden
de sus errores y los corrigen, la ciencia avanzará”. Esto quiere decir que para los
maestros en formación la ciencia es una práctica que no está exenta de fallos o
desaciertos siendo una actividad humana y por lo tanto falible. Lo anterior se
corresponde con una concepción adecuada en lo que respecta al papel de los errores
en la empresa científica.
Sin embargo, esta consistencia en lo adecuado no se presenta como el rasgo central
pues cerca de la mitad de estos profesores en formación que mostraron su acuerdo
sobre la importancia de los errores en la ciencia, también manifestaron que “Los
errores retrasan el avance de la ciencia. La información equivocada puede conducir a
conclusiones falsas. Si los científicos no corrigen inmediatamente los errores en sus
resultados, la ciencia no avanza”. En este caso, los errores desempeñan un papel
102
negativo en la empresa científica y, por lo tanto, ésta debe procurar mitigarlos o
eliminarlos pues, de lo contrario, el conocimiento científico sufriría retrocesos. Así las
cosas, se perciben inconsistencias en cerca de la mitad del conjunto de estos
profesores sobre sus concepciones inicial en torno al papel de los errores en la
actividad científica.
Ahora bien, otro aspecto importante que se infiere en esta categoría de análisis es que,
igualmente, existe en casi la otra mitad del conjunto de profesores en formación
coherencia en sus concepciones acerca del rol que desempeñan estos errores. Su
percepción inicial, evidenciada en líneas precedentes, se refuerza cuando manifiestan
su desacuerdo alrededor de la idea según la cual “los errores retrasan el avance de la
ciencia”. Esta consistencia en lo adecuado también es robustecida al considerar que
“en la mayoría de los casos, los errores ayudan a avanzar la ciencia. Ésta progresa
detectando y corrigiendo los errores del pasado”. De este modo, se puede afirmar que
aproximadamente el 7 de 16 de los profesores en formación presenta concepciones
iniciales adecuadas en este sentido.
El panorama descrito en las líneas precedentes permite plantear que en lo relacionado
con el papel de los errores en el progreso científico se presenta un panorama
heterogéneo; obstante vale la pena resaltar que tan solo un docente presenta
marcadamente tendencia hacia lo inadecuado dado que es consistente en considerar
que los errores son perjudiciales para la ciencia. Esta situación genera la imposibilidad
de establecer una tendencia que indique si en su conjunto estos profesores en
formación de ciencias naturales son consistentes en lo adecuado o, por el contrario,
sus concepciones presentan como elemento a resaltar la inconsistencia.
Relación ciencia – realidad: Los modelos científicos
En esta cuestión se evaluó la correspondencia entre los modelos científicos y la
realidad, es decir, si estos eran considerados como copias de la realidad. Lo primero
que se destaca es que las 3/5 partes del grupo de profesores en formación están de
103
acuerdo con la idea según la cual los modelos científicos no son copias de la realidad
porque “simplemente son útiles para aprender y explicar, dentro de sus limitaciones”,
“cambian con el tiempo y con el estado del conocimiento, como lo hacen las teorías”
y/o “estos modelos debe ser ideas o conjeturas bien informadas, ya que el objeto real
no se puede ver”. Esto significa que, en principio, para un considerable número de
futuros maestros en ciencias naturales los modelos no representan tal cual el mundo
real sino que se su pretensión es aproximarse a la realidad, siendo imposible abarcarla
en su totalidad dada su complejidad. Así, se detectaron elementos que se consideran
adecuados.
Esta postura inicial es consecuente en cuatro (4) docentes en formación que se
muestran consistentes en lo adecuado, esto es, estuvieron en desacuerdo con la idea
según la cual dichos modelos son copias de la realidad, otorgando puntuaciones muy
bajas a afirmaciones tales como que estos modelos reflejan el mundo real debido a que
“los científicos dicen que son verdaderos, por tanto deben serlo” , o, “hay muchas
pruebas científicas que demuestran que son verdaderos”. En síntesis, es posible inferir
que un pequeño grupo de profesores en formación se ha formado concepciones
adecuadas en lo que atañe a la relación entre ciencia y realidad.
De lo anterior se deriva que, de esta fracción inicial de 3/5 partes, la mayoría de
docentes en formación, igual que en la categoría de análisis anterior también tiende
hacia la inconsistencia puesto que por un lado afirman que los modelos no son copias
de la realidad y, posteriormente, sostienen que sí lo son, argumentando que estos “son
verdaderos para la vida. Su objetivo es mostrarnos la realidad o enseñarnos algo sobre
ella”. Esto significa que un porcentaje que bordea el 6 de 16 maestros del conjunto del
profesorado no se ha formado concepciones consistentes en lo que atañe al papel de
los modelos científicos en la ciencia.
Ahora bien, otro conjunto de próximos licenciados presentó igualmente consistencia
pero en lo inadecuado. En concreto, un valor aproximado 4 de 16 docentes manifiestan
de manera expresa coincidir en la idea según la cual los modelos sí son copias de la
104
realidad y, en su mayoría, justifican esta idea afirmando que lo son porque “están
basados en observaciones científicas e investigación”. El papel destacado que se le
otorga a la idea de observar y experimentar, les permite plantear a este grupo de
futuros licenciados que existen una correspondencia directa entre los modelos y el
mundo real.
Como es factible aprecia, el rasgo predominante que más se percibe en grueso de
profesores en formación es, también, la inconsistencia, que se refleja de varias
maneras. Primero, porque se manifiesta acuerdo en torno a la idea que alude a los
modelos como copias de la realidad y, seguidamente, se expresa que estos no lo son.
Segundo porque se les otorga poco poder explicativo y expresan seguidamente que
son verdaderos para la vida.
Estatus de las leyes y teorías científicas
Otro aspecto que se estudió en esta fase inicial hace referencia al desarrollo de las
ideas científicas desde las hipótesis hasta constituirse en teorías o leyes científicas. Al
respecto, se evidenció que estos profesores en formación de ciencias le otorgan un
estatus superior a las leyes científicas considerándolas como un estadio más avanzado
en la evolución del conocimiento científico que presenta como punto de partida las
hipótesis, lo cual se evidencia porque el 12 de 16 profesores en formación afirmaron
estar de acuerdo con “Una hipótesis se comprueba con experimentos. Si se prueba que
es correcta llega a ser una teoría. Después que una teoría se ha probado […] llega a
convertirse en ley”. Esta percepción es, al mismo tiempo, revela un carácter lineal
donde primera se abordan unas hipótesis, posteriormente, se formulan unas teorías y,
finalmente, se plantean las leyes. Adicionalmente, revela al mismo tiempo el papel
preponderante que la experimentación desempeña en la ciencia, postura de raíz
empiro – positivista.
A diferencia de la tendencia hacia lo inconsistente que se detectó en las dos categorías
anteriores, aquí el rasgo predominante es la coherencia sobre lo inadecuado. Por un
105
lado, porque hubo un desacuerdo generalizado sobre la afirmación que sostiene que
tanto “las teorías como las leyes científicas son ideas de distinta clase” y que, por lo
tanto, cumplen funciones diferentes. Las teorías explican fenómenos naturales mientras
que las leyes describen, se consideran incorrecto plantear que “Las leyes describen
fenómenos naturales Las teorías explican […]”.
Esta tendencia hacia el desacuerdo sobre estos asuntos adecuados tales como la
necesidad de probar una teoría varias veces por diferentes personas para que alcance
el estatus de ley, además de la idea según la cual las teorías se basan en ideas
científicas que son ciertas en menos de un 100% y por este motivo no se puede probar
su veracidad y, finalmente, la afirmación que expresa que las leyes se basan solo en
hechos y son seguras al 100%. Así, persisten concepciones inadecuadas en la mayoría
de profesores en formación en ciencias en lo que respecta al estatus que se le otorga a
las teorías y leyes científicas.
Provisionalidad del conocimiento científico
La mayoría de los profesores en formación consideran que el conocimiento científico
cambia. Lo anterior se evidencia cuando cerca del 12 de 16 del grupo de futuros
maestros está de acuerdo con que “el conocimiento viejo antiguo es reintepretado a la
luz de los nuevos descubrimientos; por lo tanto los hechos científicos pueden cambiar”
De esta manera, expresan acuerdo en torno a idea de la ciencia como actividad
dinámica en la que lo que hoy puede ser aceptado como verdad puede ser objeto de
reinterpretaciones a la luz de los avances que se presentan. En consecuencia, el
conocimiento científico es provisional, concepción que se considera adecuada.
Esta consistencia sobre lo adecuado persiste en, aproximadamente, la tercera parte de
este conjunto de profesores al considerar como inadecuado expresiones tales como “El
conocimiento científico parece cambiar porque puede ser distinta la interpretación o a la
aplicación de viejo hechos; pero los experimentos realizados correctamente producen
hechos invariables” y, “ El conocimiento científico parece cambiar porque el nuevo
106
conocimiento se añade sobre el anterior; el conocimiento antiguo no cambia”. Al
mostrar su desacuerdo con estas afirmaciones inadecuadas, se percibe coherencia en
este pequeño grupo que considera, en definitiva, la idea de la provisionalidad del
conocimiento científico.
No obstante, como también sucede en las categorías acerca del papel de los errores
en el progreso científico y de la relación entre ciencia y realidad, aquí también el rasgo
predominante en las concepciones de los profesores en formación es la inconsistencia
en sus afirmaciones. En primer término, afirman que el conocimiento científico cambia y
después que éste solamente “parece cambiar” mostrando su acuerdo con algunas
frases que contienen expresiones como las siguientes: “los experimentos realizados
correctamente producen hechos invariables” y “el conocimiento antiguo no cambia”. En
segunda instancia, algunos de ellos se muestran en desacuerdo con que los “científicos
más jóvenes desaprueben las teorías o descubrimientos de los científicos anteriores”,
lo cual permite entrever que el conocimiento antiguo difícilmente puede cambiar. No
obstante, esta consistencia en lo inadecuado contrasta con la postura mayoritaria que
muestra igualmente su desacuerdo con la idea según la cual el conocimiento científico
“parece cambiar”. Dado que no se presenta consistencia ni lo adecuado como tampoco
en lo inadecuado, el rasgo predominante para el caso de la provisionalidad del
conocimiento es también la incoherencia.
La naturaleza de las suposiciones en el progreso científico
Sobre este asunto, existe una fuerte tendencia a considerar que no siempre las
suposiciones realizadas por la ciencia tienen que ser verdaderas. La ciencia también ha
progresado a través de refutaciones y aprendiendo de suposiciones falsas. Según lo
anterior, los profesores en formación de ciencias presentan concepciones adecuadas
en lo que se refiere al carácter de las suposiciones en el progreso científico.
No obstante, también se presentan inconsistencias al comparar la valoración emitida a
cada afirmación. De este tendencia a considerar que las suposiciones pueden ser
107
falsos o verdaderas cerca de la mitad de las personas expresaron su acuerdo con que
las suposiciones tienen que ser verdaderas porque de no ser así “los científicos
perderían mucho tiempo”, o porque “se necesitan suposiciones correctas para tener
teorías o leyes correctas” o, finalmente, debido a que “la sociedad tendría serios
problemas”.
En lo que sí se presenta un grado importante de consistencia en lo adecuado es en la
afirmación que alude a que los científicos necesitan hacer suposiciones para realizar su
trabajo, lo cual se expresa en que la mayoría de profesores en formación, alrededor del
60%, manifestaron su desacuerdo con la idea según la cual las personas que realizan
ciencia no hacen suposiciones sino que simplemente inician el proceso de
investigación sin ningún tipo de presunciones. De tal forma, en esta categoría se
concluye la existencia de inconsistencias sobre la naturaleza de las suposiciones en el
progreso científico dado que se afirma a nivel general que éstas deben ser verdaderas
y consistencia en lo adecuado sobre la relevancia de plantear suposiciones durante el
trabajo científico.
Toma de decisiones
En lo que se refiere a la toma decisiones por parte de los científicos se analizó la
existencia de sentimientos subjetivos y motivaciones personales. En tal sentido se
percibió una variedad de valoraciones que develan, aquí también, inconsistencias por
parte del conjunto de profesores en formación. Por ejemplo, se consideró que en las
decisiones tomadas por los científicos poco influyen “los sentimientos, opiniones sobre
la teoría, o beneficios personales tales como fama, seguridad en el empleo o dinero”.
Este aspecto que se cataloga como inadecuado contrasta con afirmaciones que
reconocen la existencia de “sentimientos personales en algunos científicos y la
importancia de los hechos en otros”, al momento de tomar decisiones.
Otras incoherencias que se detectaron consisten en considerar que los científicos se
basan de manera exclusiva en los hechos para afirmar en seguida que existe algo más
que éstos. Así, “Las decisiones de los científicos se basan exclusivamente en los
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hechos” y, “Las decisiones de los científicos se basan en algo más que en los hechos
solamente”. Esta ausencia de coherencia también se percibe cuando existen
valoraciones muy similares a frases adecuadas e inadecuadas, así se le otorga un
importante peso a los hechos para la toma decisiones y, al mismo tiempo, a la
subjetividad interna. Tal como se ha venido presentando a lo largo de este análisis
sobre las concepciones iniciales de NdC en el grupo de maestros en formación, aquí
se encontraron, igualmente, inconsistencias.
Actividad 2.
Los resultados que se esbozan en las líneas subsiguientes constan de un análisis de
los modelos expresados a nivel escrito e iconográfico por grupo de trabajo. Para
realizar este análisis se tuvieron en cuenta en algunos aspectos del sistema categorial
de Morales (2010) que hacen referencia a la unicidad entre modelos expresados, esto
es, a la coherencia entre los modelos iconográficos y escritos; al uso implementado que
se relaciona con el lenguaje propio de un sistema de tipo físico y la medición de la
presión y el volumen del aire.
El análisis de los modelos expresados por grupo de trabajo permitió establecer ciertos
rasgos que caracterizan los modelos mentales expresados por parte del profesorado de
formación en ciencias. Así, en un segundo momento se presenta una reflexión general
de tales modelos iniciales sobre la base de cuatro categorías, a saber: ideas de
transferencia, unidades de medida, fuerzas en el sistema físico y uso de conceptos
físicos. La actividad que se planteó fue la siguiente:
Construir con su grupo de trabajo un modelo para responder a la siguiente
pregunta ¿Cómo mediría la presión y el volumen de aire que hay en una jeringa?
Para esto, utilizar los siguientes materiales que tendrá a su disposición. Jeringa,
fósforos, dinamómetro (instrumento con el que se mide la fuerza) y libros.
Explicar el proceso y representarlo de manera gráfica.
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A partir de esta actividad se presenta el análisis mencionado, así:
Tabla 7. Análisis de los modelos expresados sobre la medición y el volumen del aire.
Grupo Entidades Unicidad
Modelo iconográfico
1 Es necesario precisar la forma para medir la presión, ¿Cómo se determina el momento donde no se puede ejercer más presión?, ¿Cómo la jeringa mide el gas? Confusión conceptual entre Fuerza y Presión. Contradicción en los términos del lenguaje: primero se afirma que el volumen varía respecto a la temperatura y después que éste mantiene constante.
Representan el sistema físico en función a través de un solo modelo expresado. No se evidencia la presión que ejerce una mano sobre el émbolo porque el sistema es representado de manera estática. El cilindro de la jeringa no presenta unidades de volumen, en consecuencia, ¿cómo es posible medir el volumen?
2 Existen problemas de tipo conceptual toda vez que se considera que la presión no se relaciona con la fuerza. No identifican unidades de volumen. Hacen referencia a que fue necesario quemar pero no hay explicación acerca de la necesidad de hacer esto y más aún, ¿Por qué esta acción produce presión al vacío?, ¿si la experiencia hacía referencia al aire por qué aluden al vacío?
Empiezan diciendo que el dinamómetro no es la herramienta adecuada para determinar la presión pero en la representación iconográfica acuden a este instrumento. ¿Sino no este aparato no es adecuado, por qué utilizarlo?. Sería mejor buscar otras formas para la medición de la presión. El sistema se representa de manera estática, sin la existencia de las fuerzas que caracterizan el sistema físico y, adicionalmente, tampoco se perciben las unidades de medida, fundamentales para la idea de medición en física.
3 Recurren a un lenguaje matemático para expresar sus modelos mentales. Afirman que se debe conocer el área para determinar la presión; no obstante, la relación que establecen entre ambas variables es directa proporcional. El procedimiento implementado no permite explicar el proceso de medición en Física pues algunos datos como la fuerza y el volumen son
Representa una mano en la mitad del cilindro de la jeringa. Sería bueno conocer las razones por las cuales expresan de esta manera su modelo mental. En el sistema tampoco se perciben las unidades de medida, ni las fuerzas que actúan sobre el sistema físico e, igualmente, utilizan una representación estática de la situación.
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arbitrarios.
4 Aquí se establece la necesidad de impedir que el aire dentro de la jeringa se escape. En este proceso se menciona que el émbolo se debe presionar; ¿él embolo se presiona o se ejerce una fuerza sobre él?. No se explica cómo determinar que la fuerza sea constante. En la explicación del montaje para medir la presión presentan como resultado una cifra con unidades de volumen, esto es constituye en una confusión entre las unidades de medición para el sistema físico propuesto.
Enuncian la necesidad de tapar el orificio y, efectivamente, lo representan así en el montaje. Más adelante que el émbolo es presionado, lo cual no se evidencia en el montaje iconográfico. No se observan las unidades de medida, lo cual es crucial para medir la presión y el volumen. El sistema es representado de manera estática con lo cual no se ve el desplazamiento que sufre el émbolo cuando se ejerce una fuerza sobre él.
5 Expresan la utilidad del dinamómetro como instrumento para hallar la fuerza. Hace falta explicitar la forma en que se llega a la presión sin conocer el área. Asocian una unidad de fuerza como los Newton (N) con la presión. Respecto al volumen, se tiene en cuenta la capacidad (en ml) máxima de la jeringa que es de 5 ml pero al final no se explica cómo calcularlo pues no es suficiente con decir que al aplicar una fuerza hay una contracción del aire dentro de la jeringa.
El montaje de presión se realiza, igual que el del volumen sin las respectivas unidades de fuerza (dinamómetro) ni de cc, cm3 o ml (volumen). Esta últimas unidades son expresadas en la explicación Mencionan que la entrada del aire será cerrada, lo cual no se aprecia en la representación iconográfica. No se representan las fuerzas que se ejercen sobre el sistema físico tales como la que se obtiene producto de la aplicación del émbolo y su fuerza igual pero opuesta que es la fuerza de fricción entre las paredes del cilindro de la jeringa y le émbolo.
6 Se menciona la idea de obtener humo que será absorbido por la jeringa; al respecto, ¿cuánta cantidad de humo es absorbido?, es confiable este procedimiento?. ¿Por qué relacionan que al hacer presión hay un cambio de color? esta relación de una variable y una propiedad de carácter físico no es útil para medir la presión. Al final hay reiteración en la
En su explicación expresan la idea de encender fósforos, lo cual se evidencia en su representación iconográfica. El humo que afirma es creado no se identifica en las imágenes, lo mismo sucede con la idea de que se hace presión sobre la jeringa. Tal como lo mencionan tapan el orificio. No es posible diferencia cuál es el humo y cuál es el aire.
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ideal del color y se agrega la variable de temperatura pero no se explica por qué esta última incide en la determinación de la presión. Sobre el volumen, expresan que primero hay que pesar la jeringa pero no presentan una justificación al respecto, ¿por qué relacionan masa con volumen? Hay expresiones como dinamómetro vacío que no se comprenden bien. Hay confusión en las unidades físicas de volumen puesto que aluden a éste con unidades de masa.
Se observa que para determinar el volumen recurren al dinamómetro, ¿por qué si este instrumento es necesario para calcular la fuerza y, posteriormente, el volumen?. Tampoco se representan las unidades de los diferentes aparatos, a excepción de un gráfico donde se ve que las unidades de volumen son en ml.
7 Relacionan el aumento de la presión con la energía cinética, lo cual es un error conceptual porque la presión relaciona F/A. Esto se contrapone a lo expuesto posteriormente donde define esta misma variable como un producto de F.A. Expresan de manera acertada que la unidades de la presión son los Pascales y la fuerza en Newton. El procedimiento establecido para medir el área no se explicita. En lo que atañe al volumen del aire tampoco es posible detectar xuna idea consistente de medición en física pues simplemente se afirma que cualquier tipo de gas tiende a ocupar el volumen de la jeringa.
Mencionan que hay un gas en la mechera y otro en el ambiente, lo cual no es posible detectar en la representación iconográfica. Expresan las unidades de volumen en cm cuando ésta variable se representan a través de ml, cc o cm3, entre otras. Expresan que hay un aumento del movimiento de las partículas, lo cual no es posible percibirlo en su modelo expresado, lo mismo sucede con la fuerza que ejerce la mano. El sistema es representado de manera estática con lo cual no se ve el desplazamiento que sufre el émbolo cuando se ejerce una fuerza sobre él. Finalmente, se dibuja una circunferencia para calcular el área del cilindro, ¿por qué si la figura geométrica es un cilindro?
8 Asocian que el vacío es ausencia de aire, ¿por qué?. Se expresa que el dinamómetro no es un instrumento confiable para determinar la fuerza en este sistema físico; no obstante no hay una justificación al respecto. No fue posible percibir la
La jeringa no presenta ningún tipo de unidades en la presión mientras que en volumen se dibujan unas rayas, ¿por qué?. No se representan las fuerzas que ejerce el dinamómetro ni las unidades que caracterizan a este instrumento de medida. No
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manera para medir la presión. Respecto al volumen, inician expresando que la jeringa sí tiene aire; al respecto, ¿por qué hacer referencia a la existencia del vacío en la presión y a su ausencia en el volumen? Esto se debe argumentar desde el punto de vista físico. También se recurre al dinamómetro, ante esto ¿cuál es la utilidad de de este instrumento para la medición del volumen? Al insistir en la idea según la cual este aparato no es confiable se expresa la idea de ejercer una fuerza manual y concluyen que el volumen es de 2cm3. En este sentido hay consistencia en las unidades físicas de medida. La explicación dada para arribar a este dado es que hay un momento donde el volumen no disminuye más. A partir de lo anterior, ¿qué importancia tiene este hecho para la medición del volumen?
se representan las fuerzas que se ejercen sobre el sistema físico tales como la que se obtiene producto de la aplicación del émbolo y su fuerza igual pero opuesta que es la fuerza de fricción entre las paredes del cilindro de la jeringa y le émbolo. Tampoco se alude a la fuerza que ejercen los libros porque el sistema es representado de manera estática.
9 Primero, asocian el humo como un gas; ¿qué propiedades posee éste para ser catalogado como un gas?. Después, en la jeringa hay dos gases (aire y humo) y que la presión se determina comparándolos y dicen que al aplicar presión se desplazar desde mayor al de menor cantidad; ¿cómo se hace para determinar aseveración? y que el de mayor adquiere las características del menor como color y densidad. Surge el mismo interrogante anterior y, además, ¿qué utilidad tiene el color y la densidad para medir la presión?. Parece que hay
Existe una representación del humo generado pero fuera de la jeringa, no dentro de la jeringa como lo afirman. En tal sentido, no es posible diferenciar humo de aire. Surge la pregunta en torno a si el humo es un gas. Recurren a la idea de desplazamiento, lo cual no es posible detectar dado que el sistema físico es representado de manera estática. El modelo mental expresado tampoco evidencia cómo se detectan el color y la densidad. La jeringa no presenta unidades de volumen. La flecha que se representa para la medición de la presión es de sentido contrario a la fuerza que ejerce el
113
Fuente: el autor
Este análisis sobre las categorías planteadas posibilidad agrupar en cuatro
características estos modelos mentales iniciales en lo referente la medición de la
presión y el volumen del aire, tales como: ideas de transferencia, unidades de medida,
las fuerzas en el sistema físico y el uso de conceptos físicos, tal como se presenta a
continuación. Las gráficas que se exponen enseguida son diferentes debido a que se
aplicó la misma pregunta a dos grupos de distintos.
una idea de transferencia de la variable a la propiedad física. Más adelante se afirma que el espacio recorrido es de 1.2 ml y que éste es el volumen del gas de humo. Aquí hay coherencia de unidades sin embargo se simplifica la determinación del volumen qué procedimiento siguieron para calcularlo. Continúan expresando que al soltar la fuerza se descompone y que se vuelven a generar los dos gases. Sin embargo, ¿es posible descomponer un gas de esa manera?, ¿Cuál es la relación entre dicha descomposición y el volumen de aire?. En lo que se refiere a la presión se usa el dinamómetro sobre una superficie plana. ¿Por qué debe ser plana?, ¿Para este sistema físico, esta condición es esencial?. Hay confusión sobre la utilidad del dinamómetro puesto se considera que este mide la presión. Esta variable física se expresa en unidades de fuerza como los Newton. Al final, presentan un valor de 12N para la presión pero no es posible establecer cuál el procedimiento para su medición.
dinamómetro. Este aparato de medición tampoco presenta unidades.
114
Ideas de transferencia
El primer aspecto que se detectó sobre los modelos mentales expresados por los
profesores en formación de ciencias se relaciona con la transferencia de ideas de otro
conocimiento, de tal forma “se observó que el aire es menos denso que el humo y se
comprimía más” o “las moléculas del gas que están dispersas en el cilindro de la
jeringa se comprimen con la presión ejercida” a una situación que requería de manera
específica procesos y conceptos físicos tales como la medición de la presión y el
volumen de aire contenido en una jeringa. Lo anterior se puede evidenciar en las
siguientes representaciones gráficas:
Figura 13. Modelo iconográfico expresado. Ideas de transferencia. Grupo 1.
Fuente: el autor
Figura 14. Modelo iconográfico expresado. Ideas de transferencia. Grupo 7.
Fuente: el autor
Figuras 15. Modelo iconográfico expresado. Ideas de transferencia. Grupo 5.
Fuente: el autor
Estos futuros licenciados plantearon que es importante obtener humo para medir la
presión del aire contenido en la jeringa. De esta manera, el humo debía ser ingresado a
115
la jeringa por un orifico. El grupo número 7 no representa en su modelo iconográfico
cómo el humo se depositó en el interior de la jeringa. Al respecto, subyacen varias
preguntas ¿cuánta cantidad de humo es absorbido por la jeringa?, ¿es confiable este
procedimiento? ¿por qué relacionan la densidad y las moléculas del gas para calcular
la presión? Esta relación entre variables y propiedades físicas con la presión no es útil
para determinar la presión.
Las unidades de medida
Un análisis a los modelos expresados en las imágenes anteriores permite evidenciar
además la inexistencia de las unidades de medida. El cilindro de la jeringa no presenta,
por ejemplo, unidades de volumen. En consecuencia, ¿cómo es posible medir esta
variable física?. Lo mismo sucede con la mayoría de modelos expresados sobre el
dinamómetro.
Figura 16. Modelo iconográfico expresado. Unidades de medida. Grupo 4
Fuente: el autor
116
Figura 17. Modelo iconográfico expresado. Unidades de medida. Grupo 3
Fuente: el autor
Figura 18. Modelo iconográfico expresado. Unidades de medida. Grupo 2
Fuente: el autor
117
Figura 19. Modelo iconográfico expresado. Unidades de medida. Grupo 7
Fuente: el autor
Esa ausencia tanto de magnitudes físicas como de sus unidades de medida está
acompañada de confusión en el uso de los aparatos. Así, algunos grupos afirmaron
“como primera medida utilizamos el dinamómetro para medir el peso de una jeringa de
5 cm3”, “para hallar la presión, se debe ejercer una fuerza sobre el cuerpo, esta fuerza
se determinó mediante el peso de los dos libros pesados con el dinamómetro”, “con la
ayuda del dinamómetro pesamos cada libro y con esto determinamos la masa”. Esta
citas reflejan que para un considerable número de futuros licenciados este instrumento
es útil para calcular la masa de un cuerpo, lo cual es equivocado debido a que el
dinamómetro mide, fundamentalmente, la fuerza.
En contraste, algunos grupos expresaron, en efecto, que el dinamómetro es un
instrumento para determinar la fuerza presentando ideas adecuada sobre su utilidad.
De esta manera, “A continuación se empieza a comprimir el gas y a medir con el
dinamómetro la fuerza aplicada”, “A continuación calentamos el gancho del
dinamómetro para colocar la punta del aplicador (de la jeringa) y poder relacionar la
118
fuerza que se aplica…” Estas unidades textuales revelan coherencia entre el aparato
de medida y la función principal que desempeña.
Las fuerzas en el sistema físico
En lo que se refiere a las fuerzas que actúan sobre el sistema físico se encontró como
tendencia que el conjunto de profesores en formación expresa sus modelos sin una
representación éstas.
Figura 20. Modelo iconográfico expresado. Las fuerzas en el sistema físico. Grupo 6
Fuente: el autor
Figura 21. Modelo iconográfico expresado. Las fuerzas en el sistema físico. Grupo 3
Fuente: el autor
Si bien es cierto, que en la imagen 21 se aprecian dos flechas, las cuales, se presume,
representan dos fuerzas que actúan sobre el sistema, no se especifica qué tipo de
fuerzas son. Esto es indispensable para expresar con precisión lo que sucede en la
situación física. De esta manera, se hacía necesario reconocer que cuando se
desplaza una el émbolo de la jeringa se ejerce una fuerza aplicada y que
simultáneamente hay una fuerza de reacción de igual magnitud pero de sentido
contrario a la fuerza aplicada conocida como fuerza de rozamiento.
119
Solamente el grupo número dos realizó un diagrama de fuerza de la siguiente forma:
Figura 22. Diagrama de fuerzas. Grupo 2
Fuente: el autor
Más allá de las falencias que se pueden detectar en esta imagen en lo que se relaciona
con la definición matemática de presión y su correlación con las unidades, lo que se
quiere resalta en este caso es que hubo un interés por ubicar las fuerzas en el sistema
físico. Esto era de vital importancia para reconocer la idea de reposo y la Tercera Ley
de Newton conocida como la ley de acción y reacción, lo cual permitía concluir que la
sumatoria de fuerzas era igual a cero.
Uso de conceptos físicos
En lo que atañe a los conceptos físicos, la mayoría de los profesores en formación
expresan de manera acertada que para determinar el volumen del aire contenido en la
jeringa se debe tener en cuenta que esta variable se expresa en cm3, cc o ml. De
hecho, el grupo 3 concibió el volumen como “el espacio que ocupa un objeto” No
obstante, en lo que tiene que ver con la presión, se presenta confusión conceptual. En
la imagen anterior se puede apreciar que a pesar de considerar que la presión es el
resultado que existe de aplicar una fuerza en una determinada área, hay una
equivocación pues las unidades con la que se expresan no corresponden a los
Pascales (Pa). Asimismo, también se percibió que se asocia, a nivel general, Presión
con fuerza y masa, en tanto, por ejemplo “P= 3,6N = 360 g”. Esta confusión entre las
unidades de medida denota que, particularmente, en el caso de la Presión, no se
reconoce que ésta se presenta como una relación de la fuerza por unidad de área.
120
Actividad 3.
Las respuestas que emitieron los profesores en formación en lo referente a las
actividades sobre el vacío se analizaron a partir de algunas categorías de análisis tales
como definición de vacío, medición y desarrollo histórico. Estas categorías también
están relacionadas con el sistema categorial que comprende los tres modelos históricos
presentes en la constitución de la Ley de Boyle y que se presentó en la tabla 3. De esta
manera, se presenta a continuación un análisis general de los modelos expresados en
este sentido por parte del grupo de docentes en formación.
Estos modelos fueron evidenciados a través de la siguiente actividad:
A. Realice el siguiente trabajo de manera individual. Responda las siguientes preguntas.
A1. ¿Cómo sabe usted que existe el vacío? Explique a través de un ejemplo.
A2. Represente gráficamente el vacío y cómo lo mediría. (Explique el proceso de
medición)
B. Responda la siguiente pregunta:
¿Cómo cree que en la historia de la ciencia se supo de la existencia del vacío y por qué?
Definición, medición y desarrollo histórico
La conceptualización más recurrente en este grupo de futuros licenciados respecto a
qué es el vacío consiste en afirmar que éste se presenta como ausencia de materia y
de fuerza. De esta manera algunos de ellos afirmaron que “El vacío […] se considera
como un estado en el que no hay influencia de ningún tipo de fuerza (gravitacional,
electromagnética)”, “si no hay partículas se genera vacío”, “el vacío existe en algo que
no hay nada, no hay partículas”, o simplemente “Tenemos […] vacío donde no hay
nada”.
121
Figura 23. Modelo iconográfico expresado. Idea de vacío. Profesor A
Fuente: el autor
La imagen anterior y las citas textuales registradas coinciden en afirmar que el vacío sí
existe por la vía de la negación, es decir, que se sabe de su existencia cuando no hay
nada, ni partículas, ni masa, ni fuerza, ni ningún tipo de materia. Además, se
registraron afirmaciones que permiten inferir la inexistencia del vacío como algo
intangible pero que se puede demostrar experimentalmente. Esto significa que para un
grupo de maestros en formación el vacío no se pude captar a través de los sentidos, es
decir, no es posible apreciarlo haciendo uso de la observación o cualquier otro sentido;
sin embargo, es posible crear las condiciones para que éste exista, así “Teniendo en
cuenta que en experimentos científicos se ha tratado de crear un vacío quitando las
partículas que se encuentran en un espacio determinado”.
Figura 24. Modelo iconográfico expresado. Vacío experimental. Profesor C
Fuente: el autor
122
Figura 25. Modelo iconográfico expresado. Vacío experimental. Profesor F
Fuente: el autor
En este mismo sentido, “Considero el vacío como un espacio en el cual se puede
generar un ambiente en el cual no quede nada ni una molécula”, “porque el vacío […] lo
podemos encontrar de manera artificial”. Finalmente, se ubica un grupo de dos
respuestas coinciden en aseverar la existencia del vacío. De tal forma, “El vacío lo
podemos evidenciar (ver, sentir, e inclusive en algunos casos se puede diagnosticar”,
“Cuando voy manejando mi motocicleta hay ciertos momentos en que logro sentir
vacío”. Para profesores en formación la existencia del vacío está dada por la existencia
que proporciona el uso los sentidos, especialmente por la visión y el tacto. En
consecuencia, éste existe en tanto se puede observar y sentir.
Por lo expuesto anteriormente, se puede afirmar que, a nivel general, estos profesores
en formación de ciencias naturales manifiestan que el vacío sí existe, lo cual se
corresponde con el punto de vista Atomista en la Antigua Grecia. Ahora bien, sus
argumentos varían. Un grupo considera que este existe “quitando […] partículas” tal
como lo expreso el profesor C en la gráfica anterior. Otro debido a que es posible su
producción experimental y, un último grupo de maestros argumenta que este se puede
apreciar a través de los sentidos.
En consonancia con los tres modelos históricos presentes en la constitución de la Ley
de Boyle, que se plasman en la tabla 3, consignada en la metodología, el grupo que el
vacío se puede crear a través de experimentos coincide con el interés por la producción
experimental de vacío presenta en el segundo modelo histórico. Ahora bien, quienes
consideran que el vacío existe por la vía de la nada, así como aquello que están de
123
acuerdo en que este se puede percibir a través de los sentidos se distancia de algunos
de los modelos mencionados dado que en un principio la discusión de carácter
filosófico que se dio en la Antigua Grecia consistió en argumentar o no su existencia en
situaciones físicas como el movimiento de los cuerpos y la propagación de la luz y, por
otro lado, el interés de Robert Boyle con la creación de la bomba de vacío, que se
contempla en el tercer modelo, también fue de corte experimental.
Finalmente, también se indagó por los modelos mentales acerca de la medición y el
desarrollo histórico del vacío. Este último aspecto es fundamental en el proceso de
constitución histórico de la Ley de Boyle que hunde sus raíces en las discusiones que
se presentaron en la Antigüa Grecia sobre la existencia del vacío. En lo que atañe a la
medición se registraron que consideran que el vacío sí se puede medir. Para estos, se
deben tener en cuenta algunos aspectos como la longitud, el diámetro, el espacio que
ocupa, velocidad, la masa, lo cual se refleja en expresiones “Lo mediría a partir del
volumen que este vacío ocupa dentro de un espacio determinado”, “[…] de la forma
más práctica podría ser con un metro o con alguna cuerda”, “Mediría el vacío
calculando su longitud del lugar donde inicia su caída y donde culmina.
Estas unidades de análisis corroboran, en primer término, que para la mayoría de
profesores en formación sí existe el vacío. Además, las dos primeras citas expresan
que para medir el vacío es necesario compararlo con otro sistema de referencia, que
pueda ser un espacio determinado o una persona. De esta manera, ¿se podría plantear
que el vacío no existe de manera autónoma? sino en relación a otras cosas y objetos.
Una situación diferente se registra con las dos últimas afirmaciones que coinciden en
afirmar que este existe con unas cualidades y/o propiedades independientes.
Una respuesta diferente se presentó en uno de los profesores, de tal forma “no sé
cómo se podría medir algo de lo que no hay nada”. Esto es coherente también con lo
expresado previamente en el sentido de considerar que el vacío es sinónimo de nada,
es decir, que no existe. Una cita textual de esta naturaleza se considera atípica en el
sentido de no inscribirse en la discusión que se presentó entre Aristotélicos y
124
Atomistas. A pesar que los primeros no consideraban su existencia, la justificación que
presentaban era diferente.
Dentro de la gama de afirmaciones que se destacan vale la pena mencionar dos de
ellas que aluden a “Tomo una botella de agua vacía, le saco el aire, luego lo tapo, abro
con un agujero pequeño en la tapa y con una bomba succiono” y “Tenemos una
cámara con aire el cual se extrae, la única forma creo que puede evidenciarse es con
un láser, si golpea partículas se verá su trayectoria, sino simplemente habría vacío y lo
mediría en cm” La novedad que se presenta en esta dos citas consiste en la idea de
crear situaciones experimentales para demostrar la existencia del vacío. De esta
manera, el vacío podría ser concebido como una construcción artificial. Además, se
muestra interés por la producción experimental de vacío, aspecto que se ubica en el
Renacimiento con representantes como Galileo Galilei cuando plantea que el espacio
que existe entre los átomos y las moléculas del universo es un vacío.
En síntesis, sobre el problema de la medición del vacío se puede ubicar cuatro grupos.
El primero de ellos, que es mayoritario, considera su existencia en función de la
comparación con otras cosas, elementos u objetos. El segundo, que también comparte
la idea de tal existencia, lo concibe de manera independiente a otros sistemas. Una
tercer grupo que solamente comprende una cita expresa que este no se puede medir
porque es sinónimo de nada. Y, finalmente, un cuarto grupo que enfatizó en que para
su medición se hace necesario crear situaciones de carácter experimental.
La última pregunta de esta actividad, que hace referencia el surgimiento de las
discusiones en torno al vacío en la Historia de la Ciencia presenta múltiples
explicaciones. El aspecto más recurrente en el grupo de profesores en formación es la
idea de la experimentación como punto de inicio. Así, “[…] se habló de vacío en el
momento en que dejaban caer algo”, “alguien decidió comprobar si en un espacio
estudiado […] podría ver algún cambio y generando un estado de vacío”, “Yo creo que
en la historia se supo de la existencia del vacío por medio de pruebas de sonido en
cañones”, “A través del barómetro, porque se generó ese espacio cuando las presiones
125
internas y externas se igualaron”. Como se puede apreciar, estas unidades textuales
reflejan la importancia de la experimentación en la actividad científica. Ahora, es
necesario mencionar que la segunda cita hace referencia, además, al papel que
desempeña la observación en la ciencia. Esta importancia que se le otorga tanto al
trabajo experimental y a la observación plantea la necesidad de discutir sobre cuál es la
fuente del conocimiento científico con el fin de introducir la idea de la carga teórica en
el trabajo que realizan los científicos, aspecto que no se aborda de manera explícita en
la Historia de la Ciencia y, que en consecuencia, se podría plantear como una
categoría emergente.
Otro grupo significativo de profesores en formación, a pesar que también mencionan
que la experimentación desempeña un rol preponderante, resalta que en la Historia de
la Ciencia se supo de la existencia del vacío “porque los seres humanos siempre nos
surgen preguntas y queremos darle respuesta a estos interrogantes”, “creo que se supo
debido a la curiosidad de saber”, “la necesidad de dar explicación a los diferentes
fenómenos que rodean al ser humano, la curiosidad de cómo funciona el planeta”. En
estas apreciaciones se destaca la importancia de la curiosidad como elemento central
para cultivar actitudes hacia la ciencia. Esto quiere decir que la ciencia tiene su origen
en la generación de preguntas y respuestas diferentes realizadas por cualquier
ciudadano del común.
Lo anterior se evidencia claramente cuando se encuentra expresiones tales como
“Primero, cuando las personas como algunos filósofos que se iniciaron a hacer
preguntas del por qué de las cosas y buscaban una explicación a cada suceso”. El
fragmento citado anteriormente presenta un elemento nuevo y es el hecho de concebir
que las primeras discusiones fueron de corte filosófico, lo cual toma distancia de las
referencias acerca de la importancia de la experimentación y la observación. Este
fragmento textual es cercano al origen de estas discusiones, que fueron, igualmente,
de cariz filosófico. En el mismo sentido se ubica la siguiente cita que plantea de manera
genérica que las primeras polémicas alrededor de la idea de vacío se originaron en la
“época antigua” y, seguidamente, esta misma profesora en formación agrega que se
126
supo de la existencia del vacío “por error experimentando o estudiando algún tipo de
fenómeno”. Esta unidad textual reconoce el papel de los errores en la ciencia. En tanto
actividad humana, la actividad científica está plagada de acierto y desaciertos. De tal
forma, este aspecto se considera adecuado. Una vez se han presentado los resultados
y el análisis de la fase número, se procede a realizar el mismo tratamiento con la fase
número 2.
Fase 2.
La intervención Didáctica que se realizó por medio de la Secuencia Didáctica titulada
“El estudio de la Ley de Boyle: contando historias de la historia de la ciencia” fue,
esencialmente, un ejercicio de transposición didáctica que consistió en presentar a
través de un cuento los modelos históricos presentes en la Ley de Boyle, lo cual se
articuló con elementos propios de la Naturaleza de la Ciencia (NdC). El tal sentido, se
trabajaron cuatro lecturas; la primera, denominada lectura inicial presenta los
personajes de las historias. Las otras lecturas intituladas “Las discusiones entre
Aristotélicos y Atomistas”, “El interés por la producción experimental de vacío” y “La
bomba de vacío y el tubo en forma de J” se corresponden con un tratamiento histórico
de dicha Ley.
Para empezar con la intervención Didáctica re realizó un ejercicio de ambientación. En
primer término, se abordó la lectura de la historia inicial con el grupo clase.
Adicionalmente, se constituyeron grupos de a tres (3) estudiantes en donde fue
necesario ubicar el contexto histórico de cada una de las lecturas que explicaba de
manera explícita cada modelo histórico de la Ley de Boyle, así como las palabras
desconocidas y el trabajo científico en cada época. Posterior a esta ambientación, cada
estudiante se hizo responsable de una parte de la historia, de tal forma que no
solamente debía convertirse en un experto sino que, además, tenía la labor de buscar
que sus compañeros aprendieran sobre ella. En consecuencia, cada estudiante
preparó una actividad para ayudarle a sus compañeros a comprender la parte de la
historia que le correspondió.
127
Algunas de estas actividades se presentan en la siguiente página a través de las
figuras 24 a 30.
Figura 26. Actividad Lectura I. Profesor V
Fuente: el autor
Figura 27. Actividad Lectura I. Profesor F
Fuente: el autor
128
Figura 28. Actividades Lectura II. Profesor J
Fuente: el autor
Figura 29. Actividades Lectura II. Profesor S
Fuente: el autor
129
Figura 30. Actividades Lectura II. Profesor B
Fuente: el autor
Figura 31. Actividades Lectura III. Profesor G
Fuente: el autor
Como se puede percibir, los profesores en formación representaron de distintas
maneras los diferentes aspectos que se abordaban en cada cuento. A través de
esquemas mentales, cuadros comparativos, actividades de relación de columnas,
representaciones gráficas, situaciones físicas y ejercicios de síntesis expusieron lo que
iban comprendiendo de cada lectura con el fin de explicárselo a sus demás
compañeros del grupo.
Así, la Secuencia Didáctica logró potenciar también diferentes aspectos tales como la
creatividad e imaginación, aspectos necesarios en los procesos de tipo científico,
igualmente el trabajo independiente dado que se generaron ambientes de aprendizaje
130
donde de manera autónoma cada experto debía cómo iba a presentar la parte de la
historia que le correspondió. Adicionalmente, la Secuencia también repercutió de
manera positiva en la necesidad de reflexionar acerca de cuál era la mejor forma para
que sus compañeros comprendieran la parte de la historia general que les había sido
asignada e, igualmente, en el trabajo colectivo pero con responsabilidades individuales,
de tal manera que si un integrante del grupo no asumía sus compromisos con
responsabilidad los demás miembros de su pequeña comunidad de aprendizaje
constituida se verían afectados; la división del trabajo fue, además, otro elemento
valioso de esta intervención didáctica.
Posteriormente, se realizó una reunión por los grupos de expertos de cada lectura con
el objetivo de discutir los aspectos centrales de cada una de éstas, para después
retornar a los grupos constituidos originalmente en donde con los insumos de la
discusión de expertos, estos debían explicarle a sus pares la lectura correspondiente.
Este trabajo estuvo precedido por una serie de preguntas que es esbozaron en la tabla
4 y que pretendían orientar la discusión abordando los aspectos centrales de cada
lectura. En la medida que se iba explicando cada pregunta por parte del experto
encargado de esa parte de la lectura, los demás compañeros iban consignando lo que
estaban entendiendo.
Más adelante, se abordaron estas mismas preguntas con el grupo clase con la
pretensión de ir introduciendo de manera explícita ideas relacionadas con la Naturaleza
de la Ciencia (NdC). Se plantearon ideas que atañen a la provisionalidad del
conocimiento científico, el papel de las suposiciones en el progreso científico, el
carácter acumulativo de la ciencia, el papel de los errores, la relación entre la ciencia y
realidad que esta mediada por los modelos científicos y la toma de decisiones, al
estatus que se le otorga a las teorías y a las leyes científicas e, igualmente, a la carga
teórica de las observaciones.
En concreto, y, de acuerdo al análisis que se realizó de las concepciones iniciales de
NdC y de los modelos mentales expresados en la fase I, se introdujeron de manera
131
expresa algunas ideas tales como, los hechos en la ciencia no son invariables, el
conocimiento antiguo es reinterpretado a la luz de los nuevos avances, las
suposiciones aunque no necesarias no siempre son verdaderas, el crecimiento en el
conocimiento no es lineal ni acumulativo, la importancia de los errores en la empresa
científica, la relevancia de los modelos científicos como práctica norma de la actividad
científica, el estatus jerárquicamente superior que se le suele asignar a las leyes sobre
las teorías científicas y el rol de la evidencia y la argumentación y, finalmente, la
preponderancia del trabajo colectivo. Estos aspectos se vincularon con ejemplos en el
proceso de constitución histórico de La Ley de Boye, lo cual quedó consignado en
unas carteleras que se realizaron por grupo de trabajo.
La discusión con el grupo clase permitió vislumbrar avances en diferentes sentidos. El
primer aspecto que se destacó fue la referencia al interés de la ciencia por el estudio de
ciertos fenómenos naturales. De tal forma, “La Ley de Boyle investiga, de hecho, ese
fenómeno que es el aire”. Este tipo de expresiones permitieron introducir en la relación
entre ciencia y realidad son fundamentales esas elaboraciones abstractas que son los
modelos y que permiten aproximarse al estudio de la realidad. Para esto, es
indispensable seleccionar la parte de la realidad o fenómeno y representarlo de
diferentes maneras. La importancia de la cita radica en relaciona de manera directa un
modelo – Ley con el estudio de una parte de la realidad, que en este caso es el aire.
El proceso de construcción histórico de la Ley, que inicia con la discusión entre las
posturas sostenidas por Aristotélicos y Atomistas significativo debido a que suscitó
reflexiones en torno al papel de la argumentación y la evidencia en la ciencia. Por una
lado, se reconoció que la estrecha relación que existe entre aire y vacío es un asunto
centra la historia de la Ley de Boyle. Así, “Lo que tenía en común la Ley de Boye […]
es la relación del aire y el vacío” y diferentes puntos de vista acerca de estas posturas.
Por ejemplo, “A mí siempre me causa curiosidad como estar del lado de la Teoría de
los Aristotélicos. Yo pienso que ellos tenían la razón al decir que no existe vacío como
tal” o “Yo primero creería que el vacío hace referencia a ausencia de materia, o sea
que ahí o habría nada”. Esta controversia que se presentó en las citas alrededor de la
132
existencia del vacío permite introducir de manera directa la importancia de la
argumentación en las ciencias.
Al respecto, se encontró que para algunos profesores en formación, la evidencia
desempeña un papel fundamental en la ciencia. Expresiones tales como “Es muy difícil
digamos usted argumentar algo que no se ve, que no siente, que no toca”, “de las
evidencias se puede dar una argumentación”, reflejan que la fuente la principal fuente
de conocimiento proviene de la experiencia, es decir, de todo aquello que se puede
evidenciar a través de los sentidos. En estas afirmaciones subyace una idea clásica de
la evidencia, propia de una visión empirista-realista ingenua de la ciencia.
En contraste, “Yo me quedo con la argumentación, a veces es muy válido, a veces
aunque no lo estemos viendo”, “Yo me inclino por lo que dice Julia, por ejemplo, la
Teoría del Big Bang es solo argumentación, no hay evidencia, “No siempre la
argumentación debe tener evidencias” “qué pasa si el vacío no se puede ver”. Según
estas unidades textuales la ciencia es una actividad que privilegia más el uso de la
razón sobre la experiencia. Es decir, que lo prioritario es la elaboración de argumentos
y la capacidad de cada científico para convencer a la comunidad científica acerca de lo
acertado de sus puntos de vista.
Otro aspecto que también se evidenció fue el papel de las comunidades científicas. De
esta manera, el abordaje de la pregunta sobre por qué cree en la lectura III se formula
el interrogante de quién formuló La Ley de Boyle, fue útil para mencionar que la ciencia
no es un empeño individual “Hubo muchos autores que ayudaron a la formulación de la
ley”, “hasta uno se pregunta, verdad fue Boyle el que se le atribuyó tal ley”. Estas citas
destacan que en la construcción histórica de la Ley participaron diferentes personas y
que, por tanto, ésta no fue producto de un esfuerzo colectivo.
Adicionalmente, la discusión en torno a las preguntas formuladas suscitó reflexiones
alrededor del papel de los errores en la empresa científica. Según lo expresado por uno
de los profesores en formación “Berti cometió un error al utilizar agua y Torricelli utilizó
133
eso, y utilizó Mercurio” o “Francisco estaba equivocado en su interpretación sobre la
elasticidad del aire”. Estas expresiones reconocen el papel de los errores en la práctica
científica y, por lo tanto, le otorgan a ésta un carácter muy humano. Además, a partir de
las citas se puede inferir que los errores no se consideran como un retroceso para la
ciencia pues se reconoce que el trabajo de Torricelli se realizó en virtud de un “error”
que había cometido su predecesor y, que aunque Linus estuvo equivocado porque el
aire tenía grandes poderes de elasticidad, esta discusión fue uno de los motivos para la
creación de la bomba de vacío. Esta variación de mercurio a agua, igualmente ratifica
la idea del cambio mencionada con anterioridad. Un interrogante que se generó a raíz
de este cambio fue el relacionado con la pregunta acerca de por qué mercurio y no
agua. Al respecto, se explicó que el Mercurio posee una capacidad de dilatación mayor
que la del agua y, se dijo que este elemento químico es el principal componente de los
termómetros.
En lo que atañe al papel de las suposiciones en la ciencia se realizó una intervención
explícita por parte del profesor indicado que la actividad científica requiere de
suposiciones pero que éstas no siempre tienen que ser verdaderas. Para ello, se cito el
ejemplo de la discusión que se presentó entre Franciscus Linus y Robert Boyle. En este
sentido, el trabajo que se realizó con las carteleras que consistió en encontrar ejemplos
en la historia de la Ley de Boyle de acuerdo a unos tópicos de la Naturaleza de la
Ciencia (NdC) fue fructífero.
Figura 32. Cartelera sobre el papel de las suposiciones. Grupo 5.
Fuente: El autor
134
Así, ambos consideraban que el aire presentaba grandes poderes de expansión; no
obstante, Boyle creía en que la capacidad de expansión de éste era considerable,
diferente a la Linus que suponía lo contrario. Esto hizo necesario comentar por parte
del profesor que en este caso la suposición de Boyle resultó verdadera pero que eso no
significa qué estás siempre deban ser así y, Adicionalmente, aludir a que en respuesta
a estas suposiciones contrapuestas, el científico irlandés decide escribir su obra
cumbre, en la que expone los avances sobre la bomba de vacío y el tubo en forma de
“J”.
Otro elemento que se abordó fue el relacionado con la idea según la cual el crecimiento
en la ciencia no es lineal ni acumulativo, sino que en el proceso de construcción del
conocimiento científico existen discontinuidades, avances y retroceso, lo cual fue
relacionado con la idea de cómo se produce la novedad en la ciencia, tal como se
evidencia en otro de los trabajos sobre las carteleras.
Figura 33. Cartelera tópicos de la NdC. Grupo 2.
Fuente: el autor
135
De esta manera, se puede apreciar que el denominado punto 6 hay una alusión directa
a cómo progresa la ciencia. El hecho de marcar con una “X” la gráfica que alude a que
este es lineal dejar entrever que no existe un carácter acumulativo en esta, lo cual
queda además corroborado en el ejemplo que se elaboró donde se evidencia que la
innovación es algo “no acumulativo”. De acuerdo con lo expresado con otro conjunto de
profesores “El progreso no es acumulativo ni lineal debido al cambio que tuvo desde
Berti hasta el final del experimento”, lo cual corrobora lo mencionado anteriormente.
Ahora bien, en la figura anterior se expresa que una ley se constituye como tal debido a
la existencia de “varias evidencias”, por lo cual fue necesario abordar expresamente el
tema del estatus que se le otorga en la ciencia a las leyes científicas. Al respecto se
planteó que éstas no son formas de conocimiento superiores y, que por lo tanto, una
ley no presenta una jerarquía mayor en términos epistemológicos que una teoría. Así
las cosas, se planteó que una teoría científica es un modelo que se ha construido
respecto a una parte de la realidad o facto y que una ley es, en sentido estricto, un
modelo – ley que adquiere sentido en el marco de una teoría. El ejemplo entre la Teoría
Cinético molecular y la Ley de Boyle fue ilustrativo en este sentido. También se
intervino de manera expresa al mencionar que tanto las unas como las otras son
formas válidas de expresar el conocimiento científico.
En síntesis, en el ámbito de la Historia de la Ciencia se evidenciaron, en concreto,
avances en diferentes sentidos. Primero sobre la toma decisiones, la mayoría de
profesores en formación considera que la ciencia es una empresa racional y, en este
sentido, constructora de argumentos. Éstas se encuentran cargadas de teoría. El
episodio en la Historia de la Ciencia que permitió introducir estos tópicos fueron las
discusiones que se presentaron frente al espacio que se generó por encima de la
columna de agua de Berti y de Mercurio, en el caso de Torricelli. Este momento
histórico fue representado así:
136
Figura 34. Cartelera experimentos Berti -Toricelli. Grupo 3
Fuente: el autor
Aludiendo de manera particular al trabajo de Berti se registraron unidades textuales
tales como el “experimento de Berti dio origen a dos argumentos muy diferentes entre
atomista y aristotélicos en la existencia del vacío”. Tanto la imagen que se muestra
anteriormente como este fragmento citado coinciden en expresar que ante un mismo
fenómeno físico son posibles diferentes interpretaciones. Ello debido a la carga teórica
de las observaciones. En virtud de esto, se explica por qué el espacio generado por
encima de la columna de agua, en el caso de Berti, y de Mercurio, en el caso de
Torricelli fueron objeto de discusión. Por un lado, los Atomistas que consideraban que
este espacio era vacío y, por el otro, los Aristotélicos, quienes en sintonía con su
“horror vacui” afirmaban que debido a la continuidad o movimiento natural de la
materia, dicho espacio era producto de una actualización de agua, aire o luz.
En lo referente a la provisionalidad del conocimiento científico se registraron citas que
demuestran el ideal del cambio en la ciencia y cómo en la Historia de la Ley, la
discusión se traslado desde lo filosófico a lo experimental. Así , la inquietud referente al
objetivo de los trabajos que se realizaron en la lectura II fue fructífera en el sentido de
involucrar expresamente la idea del cambio en el conocimiento científico. De este
modo, se establecieron diferencias entre esta lectura III y la número I. A raíz de algunas
frases como “En esa época se dio gran interés por demostrar que el vacío sí existía”,
“El objetivo era determinar la existencia del vacío y pues lo hacían utilizando diferentes
modelos mentales”. Las dos citas reflejan que en la lectura II el objetivo fue la
producción experimental de vacío, lo cual significó la posibilidad de introducir la idea de
137
cambio pues el profesor afirmó de manera explícita que en la Antigüedad la discusión
sobre la naturaleza del vacío era filosófica y que en el Renacimiento hubo un interés
por la producción experimental de vacío, lo cual se refleja en los diseños
experimentales creados por Berti, Torricelli y Roverbal.
Esta idea acerca de la provisionalidad del conocimiento científico se evidencia en el
siguiente fragmento:
“Torricelli implementa Mercurio en vez de Agua”
“El primer modelo de la bomba de vacío obtenía un equilibrio de pesos, el
segundo modelo obtiene un equilibrio entre la fuerza de gravedad y la
elasticidad del aire”
“Roverbal implementa en el experimento de Torricelli una vejiga natatoria”
Grupo 2
De tal forma y a pesar de que la cita no alude a la discusión inicial de corte filosófico
que se suscitó en la Antigua Grecia, sí es posible percibir una secuencia en la cita que
denota la idea de evolución en el conocimiento científico pues no solamente se hace
referencia al tránsito desde el Renacimiento que, de acuerdo al estudio histórico de Ley
de Boyle arranca con los trabajos experimentales de Berti que son retomados Torricelli,
hasta el período de la ciencia moderna, donde se enuncia la Ley; sino que se advierten
cambios en las ideas científica en un misma lectura. Esto significa que el conocimiento
científico es provisional y, por ende, dinámico.
A partir del análisis de las unidades textuales que se han seleccionado y de las
diferentes actividades que se realizaron fue posible evidenciar evolución en las
concepciones de NdC tales como la importancia de las suposiciones en el progreso
científico, reconociendo que éstas no siempre tienen que ser verdaderas, también se
destacó la importancia de la errores en la práctica científica y el papel de las
comunidades científicas, toda vez que la ciencia se percibió como un esfuerzo humano
de carácter colectivo. Además se hizo alusión a que el conocimiento en la ciencia no
crece de manera lineal ni acumulativa. Igualmente, se destacó que las leyes científicas
138
no son epistemológicamente superiores a las teorías y, por último, que la relación entre
ciencia y realidad está mediada por entidades teóricas abstractas, elaboradas por la
mente humana, que son los modelos. Así, la ciencia es una actividad humana que
construye diferentes modelos entorno a diversos fenómenos.
Adicionalmente con la Secuencia Didáctica también se potenciaron otras discusiones
que se circunscribe más en el ámbito de la sociología y la epistemología de la ciencia.
A nivel sociológico, se evidenció el rol que desempeñan las comunidades científicas y,
en consecuencia, la idea de ciencia como una empresa colectiva. Esta inferencia se
realizó a partir de la pregunta final que se encontraba en la lectura III en torno a ¿quién
formuló la Ley de Boye?. En el plano epistemológico, se mencionó por parte de
profesor que las leyes científicas no presentan un estatus superior al de las teorías.
Para finalizar a raíz de las diferentes interpretaciones otorgadas al espacio creado por
encima de las columnas de agua y mercurio, en los trabajos de Berti y Torricelli,
respectivamente, fue posible hacer referencia al rol que desempeñan los marcos
teóricos en la empresa científica, lo cual se explicar por la carga teórica de las
observaciones. Estos aspectos, que no se enmarcan en el componente histórico de la
NdC se pueden catalogar entonces como categorías emergentes. A continuación, se
exponen los resultados y el análisis de la fase número tres.
Fase 3.
Una vez se ha presentado el análisis de la fase II de la investigación se prosigue con la
última fase del trabajo que consiste, fundamentalmente, en realizar un ejercicio de
reflexión sobre los modelos mentales expresados a partir de una simulación de la
actividad experimental realizada en la fase I que pretendía identificar los modelos
mentales en lo que respecta a la medición de la presión y el volumen de una cantidad
de aire contenida en una jeringa y, también, acerca de las valoraciones emitidas a las
mismas preguntas aplicadas inicialmente en el COCTS.
Las actividades diseñadas asumen como premisa la necesidad de vincular la
enseñanza de la NdC con dominios específicos del contenido científico escolar y,
139
adicionalmente, la necesidad de considerar, desde un punto de vista histórico, las
conceptualizaciones contemporáneas respecto al modelo – Ley de Boyle. Los
resultados que se presentan a continuación no se limitan solamente a reflexionar sobre
las actividades realizadas sino que se realiza, esencialmente, un proceso de
comparación que permite seguir comprendiendo la incidencia de la Secuencia
Didáctica sobre los modelos históricos en la formulación de la Ley de Boyle en las
concepciones de NdC de este grupo de los docentes en formación.
De esta manera, se presenta en primer término un análisis al conjunto de preguntas
expuesto en el anexo H a partir de algunos tópicos como el uso de un lenguaje
científico, la claridad conceptual en las variables de presión y volumen y, su relación,
además de la coherencia entre los modelos expresados y el establecimiento de
condiciones iniciales.
Uno de los aspectos esenciales en los procesos de modelación que la ciencia realiza
es la precisión para comunicar los modelos mentales. En el caso concreto de la
actividad realizada, esto implicaba evitar el uso de un lenguaje vago, ambiguo al
momento de formular la pregunta sobre la situación física de la cotidianidad que fuera
respondida a través del modelo – Ley de Boyle, así como cuando se establecieron las
condiciones iniciales y la formulación de hipótesis.
El análisis de algunas preguntas formuladas permite vislumbrar como primer aspecto
positivo el estudio de un fenómeno presente en la realidad que es el aire. Así, “Qué
sucede cuando hay aire comprimido en un cilindro al que se le aplica una fuerza
externa”, “Si en un olla a presión encierro 5 litros de aire y lo presionó con la tapa de la
olla hasta que la tapa llegue a dos litros, ¿Qué crees que sucedió con ese aire?” y,
“¿Por qué se liberan gases al destapar una botella de gaseosa”. Esta última pregunta a
pesar de no hacer referencia directa al aire, es consecuente con la idea de la precisión
al expresar con claridad que dicha Ley estudia los gases; de hecho, el aire es una
mezcla de gases. Lo anterior es fundamental desde el punto de vista de la visión
semántica de ciencia porque se reconoce la importancia de estudiar fenómenos
140
particulares de la realidad, en este caso el aire, sobre los cuales se construyen
diferentes representaciones mentales conocidas como modelos.
En este mismo sentido se detectaron unidades de contenido tales como “Cuando
destapamos la botella de gaseosa, se liberan los gases disueltos en ella, la presión se
equilibra con la presión atmosférica. De esta manera, “la presión que hay en la botella
disminuye y el volumen aumenta, como lo indica la ley de Boyle” o, “a temperatura
constante, el volumen que ocupa una masa de gas es inversamente proporcional a la
presión que ejerce dicho gas sobre las paredes del recipiente que los contiene” Este
tipo de expresiones evidencia, en lo referente al uso del lenguaje, no solamente que
están comunicando las ideas con precisión sino que, adicionalmente, se establece que
la relación entre el volumen y la presión es inversamente proporcional tal como lo
plantea la Ley de Boyle puesto que se reconoce que los gases se encuentran
comprimidos y que al destapar la botella, estos se liberan, aumentado su volumen.
Las representaciones gráficas de estas situaciones físicas de la cotidianidad se
registran en la página siguiente.
Figura 35. Modelos iconográficos situaciones físicas (A). Profesor A
Fuente: el autor
141
Figura 36. Modelos iconográficos situaciones físicas (A). Profesor C
Fuente: el autor
Aquí se puede apreciar que las situaciones físicas planteadas por escrito se
corresponden con la representación gráfica, es decir, existe coherencia entre los
modelos expresados a nivel escrito e iconográfico. De este modo, se evidenció
gráficamente la liberación de las partículas gaseosas y, a pesar de que no se dibujó el
aumento en el volumen producto de la disminución de la presión, sí se estableció que
el volumen aumenta y que, consuetudinariamente, la presión disminuye. Esta situación
es diferente a lo percibido en la fase I donde se expresa, por ejemplo, que la presión o
el volumen tenían unas unidades pero en el modelo iconográfico esto no se vio
reflejado.
No obstante, una de los dos modelos mentales expresados fue más preciso dado que
incluyó como una de las condiciones iniciales para que se cumpla la Ley que la
temperatura debe permanece invariable, esto es, constante. Adicionalmente, se
evidencia un aspecto de vital importancia en la medición de la presión consistente en
tener en cuenta que el choque de las partículas gaseosas con las paredes del
recipiente provoca una fuerza, lo cual representa un cambio en la idea inicial de esta
propiedad física dado que en un principio no se asoció que ésta dependía de la relación
existente entre la fuerza por unidad de área. Otros modelos iconográficos se
142
caracterizaron por una representación incompleta de la situación física pues a pesar de
contemplar la idea de la presión o el volumen, no se evidencia en la situación física
que estas dos variables se relacionaban de manera inversa.
Figura 37. Modelos iconográficos situaciones físicas (B). Profesor F
Fuente: el autor
Figura 38. Modelos iconográficos situaciones físicas (B). Profesor L
Fuente: el autor
En el modelo expresado por el profesor F se percibe una secuencia en la variación del
volumen. De esta manera, se plantean tres momentos con diferentes medidas de
volumen: 5L, 4L y 2L. A pesar de expresar correctamente que los litros son unidad de
medida para esta propiedad física, la limitación consiste en que no se relacionó la
presión en la situación física. Caso contrario a lo expresado por el profesor L, donde se
aludió a la presión y aunque se percibe que las partículas gaseosas, representadas en
forma circular varían en cantidad y también en el espacio que ocupan, era necesario
hacer explícita esta relación dado que se pueden presentar confusiones.
143
Otro tipo de expresiones registradas evidencian aspectos que valen la pena de
destacar. Así, “en la lata se mantiene en constante movimiento las moléculas del gas,
las cuales se les empleó una presión para mantenerlas en el líquido, estas moléculas
buscan salir y mantienen un constante movimiento”. Sumado a que se hace una
acertada alusión sobre la relación directa entre la Ley de Boyle y los gases, también es
relevante el considerar que el sistema físico es dinámico, es decir, que existen
permanentes colisiones entre las partículas gaseosas, lo cual produce que estén en
constante movimiento, lo cual explica la idea de aplicarles presión para evitar que éstas
se salgan del recipiente que las contiene.
Ahora bien, una vez se ha realizado intervención el proceso de intervención didáctica
se registraron también avances a nivel conceptual, lo cual se evidencia en las
siguientes afirmaciones “Al disminuir la presión del gas disuelto en la gaseosa, el
volumen aumenta, pues la fuerza que ejerce las partículas gaseosas en el recipiente al
chocarse entre ellas disminuye al ser liberadas”. El avance que se percibe en la unidad
de contenido radica en que se reconoce la influencia de la fuerza en la variación de la
presión. No obstante, no se puede inferir una relación directa entre la fuerza y la
presión, toda vez que se menciona que la fuerza entre las partículas disminuye cuando
lo correcto es reconocer que la fuerza aumenta no solamente entre las mismas
partículas sino entre éstas y el recipiente que las contiene.
Sobre este mismo conjunto de citas que muestran la relación entre presión y fuerza se
encontraron algunas expresiones que definieron la presión como “la relación que ejerce
o existe entre una fuerza”, o, “la presión es igual a la fuerza aplicada”. Aunque todavía
persiste el problema de una adecuada conceptualización de la presión pues no se
relaciona el área del recipiente que contienen el gas, vale destacar, empero, esta idea
de la fuerza, lo cual además permitió resolver una situación física de acuerdo con
elementos propios del conocimiento físico, mas no químico, como se percibió en la
fase I. Esto significa que el trabajo de intervención fue útil porque permitió zanjar lo que
se denominó como ideas de transferencia en las que se trasladaron elementos de un
tipo de conocimiento específico a otra que requería de un marco conceptual diferente.
144
En lo que respecta al establecimiento de condiciones iniciales se percibió la
importancia de considerar que la temperatura y la masa de aire debían ser constantes.
De este modo se supuso que “no va a variar la T° en ningún momento”, “temperatura
constante”, “cantidad de O2 constante”, “La temperatura: ya que es una condición para
que ocurra el fenómeno de volumen y presión inversamente proporcional y debe ser
una T° constante”. Estas ideas plantean correctamente algunas condiciones necesarias
para que se cumpla la Ley de Boyle. No obstante, no se registraron unidades de
contenido sobre la necesidad de considerar que el sistema debía mantener en
equilibrio, es decir, las colisionen entre las partículas gaseosas debían ser elásticas y
que la sumatoria de fuerza debía ser igual cero.
El asunto de las condiciones iniciales permite explicar la diferencia entre los modelos
expresados que se relacionan a continuación.
Figura 39. Modelo iconográfico situaciones físicas (C). Profesor E
Fuente: el autor
Figura 40. Modelo iconográfico situaciones físicas (C). Profesor J
Fuente: el autor
145
La pregunta central consiste en preguntarse por qué en el primer caso, a pesar de que
no se representa gráficamente, se presume que si se aplica una fuerza cada vez
mayor, el volumen tenderá a disminuir; mientras que en el segundo modelo se observa
un comportamiento diferente, esto es, en el momento en que se ejerce una presión
sobre el émbolo y, por ende, ésta aumenta, el comportamiento del volumen es
directamente proporcional, lo cual se traduce en una aumento de esta propiedad física.
Al respecto, se debe hacer hincapié en la necesidad de considerar que la masa de aire,
debía permanecer invariable, aspecto que se puede presumir en el profesor E pues se
percibe que el balón contiene aire y no se observa ningún cambio en la cantidad de
éste. No obstante, el profesor J representa gráficamente una abertura que permite que
el aire sea expulsado y, por ende, aumente su volumen. Bajo esta circunstancia, como
es previsible, no se cumple la Ley dado que no existe una relación inversamente
proporcional entre la presión y el volumen.
Paradójicamente, también se detectaron algunos aspectos que evidencian imprecisión
en algunas ideas. A manera de ejemplo, se estableció como condición que el sellado
de una botella de agua con gas debía ser hermético, lo cual se argumentó expresando
que esto es necesario “para que no salga gas o líquido de la botella y mantenga
constante su presión”, y, “Que al ejercer una presión constante a la bomba de aire del
globo se infle con éxito”. El problema con la cita es, en el primer caso, que la Ley de
Boyle no estudia el comportamiento de los líquidos. Adicionalmente, las dos unidades
de contenido parten de la idea según la cual la presión se mantiene constante significa
que esta no varía, lo cual no se corresponde, como se ha visto, con las
conceptualizaciones acerca del modelo – Ley.
A pesar de estas imprecisiones, en síntesis, a raíz del trabajo de intervención didáctica
que se realizó se produjeron algunos cambios tales como una mayor precisión a la hora
de comunicar las ideas, lo cual se evidencia en relacionar coherentemente que el
modelo – Ley de Boyle tiene como objeto de estudio un fenómeno particular del mundo
natural que es el aire. Igualmente, esta idea la precisión se refleja en concebir que
146
existen dos propiedades fundamentales para el estudio de la Ley de Boyle tales como
la presión y el volumen. Es más, se percibieron avances a nivel conceptual en el
sentido de considerar que la relación existente entre estas dos variables es
inversamente proporcional, es decir, a mayor presión, el espacio que tienden a ocupar
las partículas gaseosas es menor.
Adicionalmente, se detectó mejoría en la coherencia entre los modelos mentales
expresados a nivel escrito e iconográfico. Así, se describía, por ejemplo, cómo era la
relación entre presión y volumen y, esto, se representaba gráficamente. También se
percibieron cambios en lo que atañe al establecimiento de condiciones iniciales. No
obstante que no se detectaron unidades de contenido que hicieran alusión a la
necesidad de considerar que los choques entre las partículas gaseosas eran elásticos,
hay que resaltar la tendencia a concebir que una condición esencial para que cumpla la
ley es que tanto la temperatura como la cantidad de masa de aire deben permanecer
invariables.
Una vez realizada esta actividad de simulación con sus respectivas preguntas se
aplicaron las cuestiones del COCTS abordadas durante la fase I. En las líneas
siguientes se presenta un análisis de las respuestas emitidas por el conjunto de
profesores en formación que fueron en total dieciséis (16).
El papel de los errores en el progreso científico
El primer aspecto que se resalta, una vez se han sido comparados los resultados con el
primer test, es un incremento porcentual de profesores en formación que sostienen
concepciones adecuadas sobre el papel de los errores en la ciencia. Del porcentaje
inicial que rondaba al 45% de los profesores que eran persistente en lo adecuado se
presentó un aumento, en términos porcentuales, de aproximadamente 20 puntos. Esto
significa que una vez realizada la intervención didáctica un poco más del 10 de 16
docentes en formación se muestra consistentes en lo adecuado al expresar su
desacuerdo con alguna ideas, como por ejemplo, que los errores retrasaban el avance
de la ciencia y, al mismo tiempo su acuerdo con otras afirmaciones adecuadas según
147
las cuales estos podían conducir a nuevos descubrimientos o avances, en la mayoría
de los casos, los errores ayudan a avanzar la ciencia, lo cual denota un cambio en la
percepción inicial pues los errores, mayoritariamente, no son considerados como algo
negativo sino que, por el contrario, son esenciales durante la práctica científica y
pueden conducir a nuevos descubrimientos
Lo anterior implica una disminución del número de profesores en formación que
mostraron, en un principio, posiciones contradictorias. Ahora, cerca del 6 de 16 de
estos docentes en formación manifiestan que los científicos no deberían cometer
errores en su trabajo porque […] retrasan el avance de la ciencia pero seguidamente
afirman a que a partir de los errores la ciencia puede avanzar, así esta progresa
detectando y corrigiendo los errores del pasado. No obstante, esta postura que se
caracteriza por la inconsistencia no es predominante.
Los principales rasgos detectados en lo referente al papel de los errores en el progreso
científico permiten inferir que, en la mayoría de profesores, existe cierta tendencia
hacia concepciones que se corresponden más con lo que caracteriza la actividad
científica en la contemporaneidad. En primer término, porque el hecho de considerar la
existencia de errores en la práctica científica significa que la ciencia es una actividad
humana y, en consecuencia, falible, esto es, que no está exenta de fallos o desaciertos
Y, segundo, debido a que, a nivel general se considera que los errores pueden
conducir a que la ciencia progrese. De este modo no solamente se considera que éstos
son inherentes al trabajo científico sino se constituyen en una oportunidad para que el
conocimiento científico avance, lo cual significa que per se no existe una valoración
negativo de los errores. El episodio histórico que permitió adentrarse en esta discusión
fue el uso de agua en el experimento de Berti y de Mercurio en el de Torricelli. Al
respecto se debatió sobre si Berti había cometido un “error”, lo cual permitió explicitar
estas ideas sobre la NdC.
148
Relación ciencia – realidad: Los modelos científicos
En esta categoría, tal como se presentó en la fase I, un número que ronda igualmente
las 3/5 partes de los profesores en formación manifiesta su acuerdo con la afirmación
que expresa que los modelos científicos no son copias de realidad, postura que se
considera, en principio, adecuada pues como se ha dicho la relación que existe entre
los modelos que expresa la ciencia y el mundo real no es de 1:1. No obstante, se
establece como diferencia que el número de profesores que continúan evidenciando
consistencia sufrió un ligero aumento.
Inicialmente, tan solo cuatro (4) futuros licenciados eran coherentes en lo adecuado.
Ahora, seis (6) de ellos, sostienen concepciones que se consideran correctas pues
aparte de concebir que los modelos no son una copia de la realidad, afirman que estos
pueden cambiar con el tiempo y con el estado del conocimiento, son útiles para
aprender y explicar, dentro de sus limitaciones, y que, en este sentido, los modelos
deben ser ideas o conjeturas bien informadas, ya que el objeto no se puede ver. Esto
se traduce en un ligero incremento de aproximadamente 2 profesores en formación que
sostienen concepciones adecuadas respecto a la relación entre la ciencia y la realidad,
mediada fundamentalmente por procesos de modelación.
Este panorama permite establecer que para esta categoría la mayoría de próximos
licenciados no presentan concepciones adecuadas. Lo anterior no significa que,
mayoritariamente, existan concepciones inadecuadas. Un pequeño número de 3
personas afirma que los modelos científicos son copias de la realidad y lo reafirma
expresando su desacuerdo con la idea según la cual estos no son copias de la
realidad, lo que evidencia consistencia en lo inadecuado. Ahora bien, otro grupo de
profesores que bordea el 40% presentan como rasgo central la incoherencia pues está
de acuerdo con que éstos no son copias de la realidad y también en que sí lo son.
Como es posible percibir hay un panorama supremamente heterogéneo en esta
categoría de análisis, que no permite establecer si el grueso de profesores en
formación de ciencias presentan concepciones consistentes hacia lo adecuado o
149
inadecuado, o más bien son inconsistentes, en sus concepciones sobre la relación
entre ciencia y realidad. Es de resaltar este incremento en el número de profesores en
formación que sostienen concepciones adecuadas al reconocer que los modelos no se
representan tal cual mundo real pues al afirmar la imposibilidad de representar en una
relación 1:1 la complejidad de la realidad se aproximan más a la idea según los
modelos como estructuras abstractas elaboradas por la mente humana se constituyen
en una forma de acercarse, dotar de sentido, explicar parcialmente, un fenómeno –para
nuestro caso el aire- de manera particular.
Justamente, uno de los objetivos en los procesos de modelación consiste en
seleccionar el aspecto de la realidad que pretende ser estudiado. En tal sentido,
expresiones tales como “La Ley de Boyle investiga, de hecho, ese fenómeno que es el
aire” “la importancia de la Ley es que estudia el aire” que fueron abordadas en el
cuento número I relacionan de manera directa este modelo – Ley con el estudio de una
parte de la realidad, que en este caso es el aire. Así, se considera que la intervención
didáctica permitió evidenciar, adicionalmente, la importancia de delimitar, acotar, el
estudio de la realidad para su respectiva representación, útil en un proceso de tipo
semántico.
Estatus de las leyes y teorías científicas
En lo que atañe al desarrollo de las ideas científicas desde las hipótesis hasta
constituirse en teorías o leyes científicas se estableció, inicialmente, que la postura
generalizada en el conjunto de profesores en formación consiste en otorgarle un
estatus jerárquicamente superior a las leyes científicas, lo cual se considera
inadecuado. Esta misma situación persistió. Así para cerca del 80% de los próximos
licenciados conciben que después que una teoría se ha probado como verdadera por
diferentes personas y que se maneja durante mucho tiempo, ésta se convierte en ley ,
y, después que una teoría […] parece ser esencialmente correcta, es suficiente para
que llegue a ser ley.
150
El poco cambio que se detectó entre las valoraciones iniciales y finales en lo que
respecta al estatus que se le otorga a las teorías y a las leyes científicas permite inferir
que para esto tópico en particular, existen concepciones de raigambre empiro – positiva
fuertemente arraigadas en los profesores en formación. No solamente porque se han
formado concepciones de manera implícita, sin una reflexión explícita sobre estos
asuntos, sino porque es plausible presumir que el espacio idóneo para forjar
concepciones más adecuadas en este sentido, como lo es el programa de licenciatura
al que encuentran adscritos estos próximos licenciados, también está permeado por
prácticas de corte experimentalista, que no plantean estos debates sobre la naturaleza
y constitución de las teorías y leyes científicas.
Provisionalidad del conocimiento científico
El análisis arrojado en un primer momento arrojó, en primera instancia, que 12 de 16
futuros maestros considera que la ciencia es un tipo de conocimiento dinámico,
susceptible de ser cambiado. Respecto a estas apreciaciones iniciales se produjeron
cambios significativos. El primero de ellos es que casi en su totalidad, el grupo de
profesores en formación está de acuerdo con que el conocimiento científico cambia
porque el conocimiento viejo antiguo es reinterpretado a la luz de los nuevos
descubrimientos; por tanto, los hechos científicos puede cambiar. De tal forma, se
puede establecer, de entrada, que producto de la intervención didáctica se produjeron
cambios significativos en lo relacionado con la provisionalidad del conocimiento
científico pues para casi el 100% de sujetos que hicieron parte del proceso de
investigación el conocimiento que se deriva de la ciencia no es estático.
Ahora bien, inicialmente también se estableció que esta consistencia sobre lo
adecuado perduró en la tercera parte de este porcentaje inicial, que equivale a
aproximadamente un 4 de 16 profesores. Respecto a este dato inicial se presentó un
incremento de aproximadamente 15 puntos porcentuales, es decir, que de acuerdo a
las valoraciones emitidas en el cuestionario final, alrededor del 6 de 16 futuros
licenciados son consistentes en sus concepciones adecuadas. Este aumento se
considera como algo positivo pues aunque lo deseable hubiera sido que mucho más
151
profesores mantuvieran una coherencia sobre lo adecuado, se puede apreciar que
hubo avance en esto sentido.
No obstante, el rasgo predominantes es la inconsistencia pues una cifra que bordea 10
de 16 este grupo de próximos licenciados afirma, en primer término, que el
conocimiento científico cambia pero, más adelante, sostiene que ése tan solo parece
cambiar otorgándole un peso específico importante al rol de la experimentación pues
los experimentos realizados correctamente producen hechos invariables, lo cual se
corresponde igualmente visiones de corte empiro – positivista dado que se considera
que la experimentación por sí misma es una fuente de verdad en la actividad científica.
Al respecto, es necesario tener en cuenta que el énfasis de la secuencia fue de corte
histórico y que se abordó durante la fase II, de manera tangencia, el problema de la
carga teórica de la observación y la experimentación. En sí, la Secuencia pretendía
hacer énfasis en los tópicos que tienen que ver propiamente con la historia de la
ciencia.
No obstante, la intervención didáctica que se realizó a través de la Secuencia
Didáctica durante la fase II evidenció otros avances en lo referente a esta categoría de
la provisionalidad del conocimiento científico. La pregunta sobre el propósito de los
montajes experimentales contemplados en la cuento número II condujo a afirmaciones
tales como “En esa época se dio gran interés por demostrar que el vacío sí existía”, “El
objetivo era determinar la existencia del vacío y pues lo hacían utilizando diferentes
modelos mentales”. Estas citas aparte de evidenciar que el objetivo en este cuento fue
la producción experimental de vacío también fueron útiles para establecer por parte del
profesor de manera explícita la idea de cambio al mencionar que en la Antigüedad la
discusión sobre la naturaleza del vacío era filosófica y que en el Renacimiento hubo un
interés por la producción experimental de vacío.
En este sentido vale la pena recordar un fragmento que se registró en el análisis sobre
la fase II:
“Torricelli implementa Mercurio en vez de Agua”
152
“El primer modelo de la bomba de vacío obtenía un equilibrio de pesos, el
segundo modelo obtiene un equilibrio entre la fuerza de gravedad y la
elasticidad del aire”
“Roverbal implementa en el experimento de Torricelli una vejiga natatoria”
Grupo 2
De este modo se percibe una secuencia en el fragmento que que denota la idea de
evolución en el conocimiento científico pues no solamente se hace referencia al tránsito
desde el Renacimiento que, de acuerdo al estudio histórico de Ley de Boyle arranca con
los trabajos experimentales de Berti que son retomados por Torricelli, hasta el período
de la ciencia moderna, donde se enuncia la Ley; sino que se advierten cambios en las
ideas científica en un misma lectura. Esto significa que el conocimiento científico es
provisional y, por ende, dinámico.
En síntesis, COCTS permite inferir que hubo un cambio hacia concepciones más
adecuadas porque se presentó un aumento en el número de profesores que consideran
que la ciencia produce un tipo de conocimiento que no estático, sino dinámico e,
igualmente, en los profesores que son consistentes en estas concepciones adecuadas
porque expresan que el conocimiento antiguo puede ser interpretado de forma
diferentes, siendo susceptible al cambio. Lo anterior fue corroborado con las unidades
de contenido extraídas a partir de las discusiones generadas por la Secuencia Didáctica
que refuerzan esta idea la provisionalidad, al aludir que el cambio no solamente se
presentó de una época a otro sino, inclusive, en los mismos trabajos experimentales de
un mismo período de tiempo.
La naturaleza de las suposiciones en el progreso científico
Es de resaltar se percibió una fuerte tendencia a considerar que la historia de la
ciencia es un manantial muy valioso que permite evidenciar que el progreso en la
ciencia no siempre se produce a partir de suposiciones verdaderas o correctas. Esta
postura fue compartida por casi la totalidad de los profesores en formación. La
diferencia radicó en la persistencia sobre esta concepción adecuada. Así, un grupo
153
minoritario de cinco (5) futuros docentes consideró simultáneamente que las
suposiciones tienen que ser verdaderas; en caso contrario “los científicos perderían
mucho tiempo empleando teorías y leyes erróneas”. Por lo tanto, en este grupo se
presentaron inconsistencias dado que en un principio evidenciaron su acuerdo con una
valoración adecuada según la cual la actividad científica no siempre progresa a partir
de supuestos verdaderos pero después expresan que si estas suposiciones son falsas
perderían tiempo y esfuerzo en su trabajo.
El análisis derivado de la primera fase de esta investigación permitió inferir que, a nivel
general, profesores en formación consideraron como aspecto adecuado que la ciencia
no siempre necesitaba de suposiciones correctas o verdaderas para progresar. Sobre
este mismo asunto se presentó consistencia puesto que después de la intervención
didáctica casi el 11 de 16 docentes participantes en el proceso coincidieron en valorar
como inadecuado que en la actividad científica “se necesitan suposiciones correctas
para tener teorías y leyes correctas” lo cual significa que, mayoritariamente, el grupo de
próximos licenciados considera que las suposiciones incorrectas no son obstáculo para
el progreso en la ciencia, percepción que se considera adecuada.
La diferencia con la situación inicial radica en el incremento de profesores en formación
que fueron consistentes en sus concepciones adecuadas. El porcentaje inicial del 5 de
16 próximos licenciados que mantuvo coherencia en este sentido fue prácticamente
doblado. Ahora, cerca del 10 de 16 próximos licenciados estuvo de acuerdo con la idea
según la cual “la ciencia necesita suposiciones verdaderas para progresar. Pero a
veces la historia ha demostrado que se han hecho grandes descubrimientos refutando
una teoría y aprendiendo de suposiciones falsas”. Esto significa que el grupo de
maestros en formación presenta como rasgo principal la presencia de concepciones
adecuadas en lo que atañe a la naturaleza de las suposiciones en el progreso científico
dado que no valoraron de manera negativa la presencia de las suposiciones
equivocadas en el progreso científico. Esta percepción coincide con el reconocimiento
por parte del grupo de profesores en formación a que los errores perjudican que el
conocimiento científico avance.
154
Toma de decisiones: sentimientos subjetivos o motivaciones personales
En lo que atañe a la toma de los científicos se analizó, de acuerdo al COCTS la
existencia de sentimientos subjetivos y personales. Esta cuestión que muestra
proximidad con tópicos de la subjetividad interna está suscrita a la sociología de la
ciencia. De tal forma, no se relaciona directamente con la historia de la ciencia. A pesar
de esto, el proceso de investigación permitió abordar también otros aspectos que van
más allá de lo que se propuso inicialmente sobre los aspectos de corte histórico. A
pesar de persistir inconsistencia la influencia de lo subjetivo y las motivaciones
personales que se evidencia cuando coexisten expresiones que se relacionan con la
idea según la cual “las decisiones de los científicos se basan exclusivamente en los
hechos, en caso contrario la teoría no podría ser adecuadamente apoyada y podría ser
inexacta, inútil o, incluso, perjudicial” y, también de aquellas que aluden a que “las
decisiones de los científicos se basan algo más que en los hechos” o, “puesto que los
científicos son humanos, sus decisiones serán influidas, en alguna medida, por sus
propios sentimientos internos”. Este tipo de valoraciones son un ejemplo que permite
inferir la persistencia de inconsistencias en lo que se refiere a los sentimientos
subjetivos y a las decisiones personales fue un asunto recurrente.
No obstante, en el plano de lo sociológico, la intervención didáctica permitió dilucidar
avances en otros sentidos. Principalmente, en la concepción de concebir que la ciencia
no es una empresa de carácter individual. Es así como ante la última pregunta
formulada en el cuento número III sobre ¿quién formuló la Ley de Boyle? se registraron
respuestas tales como “Hubo muchos autores que ayudaron a la formulación de la ley”,
“hasta uno se pregunta, verdad fue Boyle el que se le atribuyó tal ley”. Estas unidades
de contenido destacan que en la construcción histórica de la Ley participaron diferentes
personas. De esta manera, a pesar de ser una intervención de corte histórico se
evidenciaron también avances sobre la importancia del esfuerzo colectivo en el trabajo
científico.
155
8. CONCLUSIONES
Una de las premisas fundamentales del presente trabajo es concebir a la Naturaleza de
la Ciencia (NdC) como un metacontenido con altor valor educativo que puede y debe
ser enseñado y, por ende, aprendido. En este sentido, Adúriz (2008) en una entrevista
realizada por Dibarboure (2008) sostiene de manera categórica:
[…] nadie puede enseñar aquello sobre cuya naturaleza profunda no se
ha preguntado. O sea, no podés ser profesor de ciencias naturales sin
preguntarte qué son las ciencias naturales. Esto ha estado crónicamente
ausente en la formación inicial del profesorado de ciencias y la
empobrece totalmente, es como el defecto de partida, el vicio de partida
que hace que los profesores y profesoras estemos tan desprovistos de
cosas, tan en pánico frente al aula, tan carentes de formas de atacar la
enseñanza, porque no nos hemos hecho esa pregunta y no hemos
elaborado respuestas propias, auxiliadas por lo que se sabe desde los
marcos teóricos (p.176)
De acuerdo con esta cita una condición sine qua non en la formación de los profesores
de ciencias es indagar sobre las características que una actividad debe poseer para
que sea catalogada como científica. En consecuencia, para ser docente de ciencias, en
general, y de Física, en particular, es imperativo reflexionar acerca de los atributos que
presenta ésta para que sea considerada como ciencia. Es aquí donde desempeña un
rol preponderante la Naturaleza de la Ciencia (NdC). De esta manera, un aspecto
central que se abordó en esta investigación consistió en reflexionar sobre la forma más
apropiada para la enseñanza de la NdC.
De ahí el interés por diseñar una Secuencia Didáctica sobre los modelos históricos de
la Ley de Boyle con el propósito de comprender su incidencia en las concepciones de
NdC presentes en un grupo de profesores en formación de ciencias naturales de la
156
Universidad del Tolima. Así las cosas, a partir de este objetivo general de la
investigación se establecen las conclusiones. Para alcanzar este objetivo, es
indispensable reconocer que estos docentes en formación presentan unas
concepciones iniciales de NdC, que se sintetizan en la siguiente tabla.
Tabla 8. Matriz de conclusiones sobre las concepciones iniciales de NdC en los
maestros en formación de ciencias naturales. Fuente: Elaboración propia.
Temática Conclusiones
1. El papel de los
errores en el progreso
científico
Los profesores en formación de ciencias naturales presentan concepciones heterogéneas que se caracterizan por la coexistencia de diferentes posturas, tales como considerar que los errores no siempre son sinónimo de atraso para la ciencia y, que estos en algunas ocasiones pueden causar progreso y en otras retroceso. No obstante, al mismo tiempo se considera que éstos conducen a conclusiones incorrectas, lo que se contrapone a la idea inicial de considerar los errores como sinónimo de progreso. Esta situación no permite establecer la presencia de concepciones adecuadas o inadecuadas en lo que respecta al papel de los errores en el progreso científico.
2. Estatus de las
teorías y leyes
científicas
En lo que atañe al desarrollo de las ideas científicas desde las hipótesis hasta constituirse en teorías o leyes científicas se detectó que para el conjunto de profesores en formación las leyes presentan un estatus epistemológicamente superior al de las teorías. Esta percepción revela un carácter lineal en el crecimiento del conocimiento científico donde primero se enuncian unas hipótesis, posteriormente, se formulan unas teorías y, finalmente, se plantean las leyes. Por tanto, en este aspecto es posible inferir la presencia de ideas empiro-positivas donde a partir de un paso A, se sigue uno B, y así sucesivamente hasta llegar a la verdad.
3. Provisionalidad del
conocimiento científico
El rasgo predominante en lo que respecta a la provisionalidad del conocimiento científico es la inconsistencia, lo cual se refleja en la idea, según la cual, este grupo de profesores en formación en su mayoría concibe que la ciencia cambia pero posteriormente, matizan esta afirmación considerando que el conocimiento científico simplemente parece cambiar.
4. La naturaleza de las
suposiciones en el
progreso científico
Aquí, se establecen como conclusiones, por un lado, que existen concepciones adecuadas en el conjunto de profesores en formación sobre la necesidad de los científicos para hacer suposiciones, es decir, que las presunciones que estos realizan son insoslayables para que la ciencia avance. Al mismo tiempo, se detectaron inconsistencias en lo
157
referente a la naturaleza de dichas suposiciones. Así, en principio, se destacó que para éstos las suposiciones siempre tienen que ser verdaderas, lo cual se contrapone a la idea según la cual si no hacen suposiciones verdaderas las leyes o teorías científicas no son correctas y por lo tanto se puede considerar que los científicos perderían su tiempo.
5. Toma de decisiones En esta penúltima temática, se analizó la forma en cómo se toman decisiones en la ciencia. La variedad de valoraciones permite afirmar la presencia de inconsistencias en el grupo de profesores en formación. En algunos casos se considera la existencia de una subjetividad personal, inevitable en la toma de decisiones y, en otros no. Sobre este asunto, se resalta la preponderancia que se le otorga a los hechos para tomar decisiones, es decir, que a la hora de seleccionar cual teoría o ley es la mejor, son más importantes las apreciaciones que se derivan producto del uso de los sentidos que la construcción de argumentos.
6. Relación ciencia –
realidad: los modelos
científicos
Finalmente, se abordó la relación que existe entre la ciencia y la realidad. Al respecto, el rasgo general que también se puede establecer es la inconsistencia. Primero, al considerar que un modelo no representa de manera fidedigna la realidad y después al estar de acuerdo con lo contrario, o viceversa. Además, porque consideran que éstos son verdaderos pero que simultáneamente tiene poco poder explicativo.
Fuente: el autor
En lo que respecta a los modelos mentales expresados sobre la medición de la presión
y el volumen del aire e, igualmente, acerca de su proceso de constitución histórico que
está signado por las discusiones alrededor de la idea de vacío, también se hallaron
elementos sobre la NdC. De esta manera, la intervención didáctica que se realizó
presentó como elemento destacado la articulación entre dominios de contenido
científico y aspectos que se relacionan directamente con la NdC.
Por ejemplo, la mayoría de profesores en formación expresaron sus modelos mentales
iconográficos sin las respectivas unidades de medición. En el ámbito específico de la
Física como ciencia un asunto central es la idea de la medición, para lo cual es
indispensable establecer una correspondencia entre las cantidades físicas y sus
respectivas unidades. Si el objetivo consistía en medir la presión y el volumen del aire
era necesario expresar éstas en Pascales (Pa) y cm3, cc o ml, respectivamente. A
pesar que esto no se relaciona expresamente con la NdC en sentido genérico, es un
158
rasgo particular del conocimiento físico en el que se circunscribe el presente trabajo. Lo
anterior es fundamental, además, debido a que en términos del lenguaje que utiliza la
ciencia las comunidades científicas buscan comunicar con precisión sus puntos de
vista y, el hecho de representar la situación física que se construyó alrededor de la
actividad de la jeringa sin dichas unidades lo que permite es, por el contrario, la
utilización de conceptos más bien vagos, difusos.
Dado que el proceso de constitución histórico de la Ley de Boyle está atravesado por
las discusiones que se presentaron en la Antigua Grecia sobre la naturaleza del vacío
es, igualmente, indispensable discurrir en este sentido. Así las cosas, para los
profesores en formación, en general, el vacío sí existe, lo cual coincide con los
planteamientos Atomistas. La diferencia radica en los argumentos establecidos para
considerar que éste existe. Un grupo considera su existencia por la negación de la
materia, otro debido a que es posible su producción experimentalmente y, un último
grupo de maestros argumenta que este se puede apreciar a través de los sentidos. En
consonancia con el marco teórico esbozado, la postura del segundo grupo se acerca al
interés por la producción experimental de vacío que se produjo en el Renacimiento.
En este recorrido de tipo histórico sobre cómo en la Historia de la Ciencia se supo de la
existencia del vacío se evidencia, en primera instancia, la importancia que algunos
profesores en formación de ciencias le otorgan a la observación y a la experimentación,
considerando que esta última se constituye en el punto de inicio de las discusiones
sobre el vacío. Expresiones tales como “Teniendo en cuenta que en experimentos
científicos se ha tratado de crear un vacío”. “Considero el vacío como un espacio en el
cual se puede generar un ambiente en el cual no quede nada ni una molécula”, “El
vacío lo podemos evidenciar (ver, sentir, e inclusive en algunos casos se puede
diagnosticar” y, “Cuando voy manejando mi motocicleta hay ciertos momentos en que
logro sentir vacío” reclaman la experiencia u observación como fundamento de todo el
conocimiento científico, lo cual plantea la necesidad de discutir sobre cuál es la fuente
de conocimiento en la ciencia con el fin de introducir como categoría emergente la
159
carga teórica de las observaciones. De esta manera, se abordaron también elementos
de tipo epistemológico con este trabajo didáctico, aspecto que vale la pena resaltar.
Adicionalmente, este tratamiento de corte histórico permitió detectar que la curiosidad
es una característica importante en la actividad científica. De este modo, “los seres
humanos siempre nos surgen preguntas y queremos darle respuesta a estos
interrogantes” y, “creo que se supo debido a la curiosidad de saber”. Este conjunto de
unidades de contenido develan que un aspecto esencial en la producción de
conocimiento científico es la capacidad de asombro ante lo que sucede en el mundo
natural, aspecto que permite despertar la curiosidad con el fin de buscar preguntas y
respuestas ante los fenómenos de la naturaleza.
Además, algunas frases que consideran que en la Historia de la Ciencia las
controversias sobre el vacío se originan en “la necesidad de dar explicación a los
diferentes fenómenos que rodean al ser humano, la curiosidad de cómo funciona el
planeta” y “cuando las personas como algunos filósofos que se iniciaron a hacer
preguntas del por qué de las cosas y buscaban una explicación a cada suceso”
permiten inferir la presencia de otros aspectos sobre la NdC. En efecto, se destaca
igualmente que la ciencia busca proporcionar explicaciones a los sucesos, hechos,
fenómenos o cosas que suceden en el entorno.
Un último aspecto que se puede concluir a partir de las actividades realizadas durante
la fase I consiste en la importancia que se le otorgó a los errores en la actividad
científica. Así, se supo de la existencia del vacío “por error experimentando”, o,
“estudiando algún tipo de fenómeno por equivocación”. A pesar del énfasis que se hace
en la experimentación, lo importante aquí es que subyace una noción de ciencia como
una práctica humana y, por ende, falible, con aciertos y desaciertos. Más aún, se
presenta una noción positiva de los errores al considerarlos importantes para el
progreso científico. El hecho de que solamente se hayan registrado dos citas durante
esta fase I en ese sentido es significativo toda vez que esta categoría, propia de la
160
Historia de la Ciencia, se abordó a profundidad con la Secuencia Didáctica denominada
“El estudio de la Ley de Boyle: contando historias de la historia de la ciencia”
Justamente, la fase II del presente trabajo de investigación se centró en reflexionar
sobre las implicaciones de dicha secuencia para ir comprendiendo la evolución en las
concepciones de NdC de estos profesores en formación de ciencias. Lo primero que se
infiere, a la luz de unidades textuales como “Berti cometió un error al utilizar agua y
Torricelli utilizó eso, y utilizó Mercurio” o “Francisco estaba equivocado en su
interpretación sobre la elasticidad del aire” es que, al igual que en la cita anterior, los
errores desempeñan un rol importante en la ciencia. El error, como algo inherente a la
práctica científica puede significar avance, no siempre retroceso y, además, devela el
carácter humano de ésta.
Otro elemento destacado en el ámbito de la Historia de la Ciencia es el que hace
referencia al papel de las suposiciones en el progreso científico, lo cual fue abordado a
partir de un pasaje histórico que se produjo en la lectura III, de tal modo “Boyle y
francisco pensaban que el aire era elástico pero existía la diferencia de que Boyle
suponía que el aire era muy elástico, a diferencia de Francisco quien pensaba que el
aire no podía estirarse tanto como lo suponía Boyle”. En la cita se plasma que la
discusión entre ambos personajes se produjo debido a la suposición acerca de los
grandes poderes de expansión o rarefacción del aire, lo cual refleja la importancia de
éstas en el trabajo científico.
En lo relacionado con la categoría de evolución se afirmó que el crecimiento del
conocimiento científico no es acumulativo ni lineal. De este modo, se extrajeron
fragmentos en los cuales la idea de lo nuevo en la ciencia se caracteriza por ser algo
“no acumulativo”, además, “el progreso no es acumulativo ni lineal debido al cambio
que tuvo desde Berti hasta el final del experimento”, lo cual corrobora lo mencionado
anteriormente. Aunque no se explica por qué no se considera acumulativo ni lineal,
subyace, en especial en la segunda afirmación la idea del cambio y cómo desde el
161
aparato diseñado inicialmente no se concibe que el trabajo final haya sido una
acumulación de los trabajos realizados con anterioridad.
Sobre la idea de cambio en la ciencia, que está muy relacionado por la las
características que presenta el progreso científico es importante destacar el carácter
provisional del conocimiento científico. Así, la secuencia permitió establecer cómo a
través del tiempo las ideas van cambiando. A manera de ejemplo:
“Torricelli implementa Mercurio en vez de Agua”
“El primer modelo de la bomba de vacío obtenía un equilibrio de pesos, el
segundo modelo obtiene un equilibrio entre la fuerza de gravedad y la
elasticidad del aire”
“Roverbal implementa en el experimento de Torricelli una vejiga natatoria”
Grupo 2
La secuencia que se percibe en este fragmento permite establecer la idea de la
provisionalidad en el conocimiento científico pues no solamente se hace referencia al
tránsito desde el Renacimiento que, de acuerdo al estudio histórico de Ley de Boyle
arranca con los trabajos experimentales de Berti que son retomados por Torricelli,
hasta el período de la ciencia moderna, donde se enuncia la Ley; sino que se advierten
cambios en las ideas científicas en un misma lectura. Esto significa que el conocimiento
científico es provisional y, por ende, dinámico.
A la par de esta secuencia de citas expuesta, algunas expresiones tales como “en esa
época se dio gran interés por demostrar que el vacío sí existía”, “el objetivo era
determinar la existencia del vacío y pues lo hacían utilizando diferentes modelos
mentales” permitieron introducir esta idea de la provisionalidad dado que esto fue
aprovechado para afirmar de manera explícita que en la Antigüedad la discusión sobre
la naturaleza del vacío era filosófica y que en el Renacimiento hubo un interés por la
producción experimental de vacío, lo cual se refleja en los diseños experimentales
162
trabajados en el segundo cuento, lo cual finaliza con la construcción de la bomba de
vacío y el tubo en forma de “J”.
En consonancia con el sistema categorial propuesto fue posible evidenciar avances
también en lo relacionado con la categoría de juicio y, en particular, sobre la toma de
decisiones y criterios de selección; en otras palabras, por qué las comunidades
científicas escogen una teoría o ley sobre otra. Al respecto se planteó la importancia de
la argumentación en ciencias. Así, “yo me quedo con la argumentación, a veces es muy
válido, a veces aunque no lo estemos viendo”, “yo me inclino por lo que dice Julia, por
ejemplo, la Teoría del Big Bang es solo argumentación, no hay evidencia, “no siempre
la argumentación debe tener evidencias” “qué pasa si el vacío no se puede ver”. A
pesar que algunos profesores en formación le otorgaron mayor preponderancia a la
observación y a la experimentación es de resaltar que hay un mayor número de citas
que considera que la ciencia es una actividad que privilegia más el uso de la razón
sobre la experiencia, esto significa que lo prioritario es la elaboración de argumentos.
Junto con estos asuntos que se relacionan con la Historia de la Ciencia, la Secuencia
también permitió discurrir sobre asuntos de tipo epistemológico y sociológico. En
relación a los aspectos epistemológicos se trató la importancia de la carga teórica de
las observaciones. Y en lo concerniente a la sociología de la ciencia se presentaron
reflexiones alrededor del papel que desempeñan las comunidades científicas, esto es,
en torno a la ciencia como una empresa colectiva.
En el plano de lo sociológico la pregunta sobre por qué cree que en la lectura III se
formula el interrogante de quién formuló La Ley de Boyle, fue útil para mencionar que la
ciencia no es un empeño individual pues “hubo muchos autores que ayudaron a la
formulación de la ley”, “hasta uno se pregunta, verdad fue Boyle el que se le atribuyó tal
ley”. Estas citas destacan que en la construcción histórica de la Ley participaron
diferentes personas y que, por tanto, ésta fue producto de un esfuerzo colectivo.
163
Finalmente, a nivel epistemológico, la discusión sobre el espacio que se crea por
encima de las columnas de agua y mercurio en los trabajos de Berti y Torricelli,
respectivamente, fue fructífero para adentrarse en el tópico de la carga teórica de las
observaciones. De tal forma, “el experimento de Berti dio origen a dos argumentos muy
diferentes entre atomistas y aristotélicos en la existencia del vacío”. Este fragmento y la
figura 34 coinciden en expresar que ante un mismo fenómeno físico son posibles
diferentes interpretaciones.
El proceso de intervención que continuó con el planteamiento de un ejercicio de
simulación experimental, a partir del cual se formularon una serie de interrogantes que
se encuentran en el anexo H, arrojó como primer aspecto valioso la importancia de
estudiar fenómenos particulares de la realidad sobre los cuales se construyen
diferentes representaciones mentales conocidas como modelos. Unidades como la
siguiente “si en un olla a presión encierro 5 litros de aire y lo presionó con la tapa de la
olla hasta que la tapa llegue a dos litros, ¿Qué crees que sucedió con ese aire?”
demuestran la conexión existente entre el modelo – Ley de Boyle y el estudio del aire,
en tanto fenómeno físico.
A la par de esta relación establecida, se percibieron avances en lo que atañe al uso del
lenguaje, lo cual se evidencia en unidades de contenido tales como “a temperatura
constante, el volumen que ocupa una masa de gas es inversamente proporcional a la
presión que ejerce dicho gas sobre las paredes del recipiente que los contiene” que
revelan precisión a la hora de comunicar las ideas científicas y, adicionalmente, se
muestran coherentes a nivel conceptual pues además de establecer como condición
inicial que la temperatura debe permanecer invariable, se afirma que la relación
existente entre la presión y el volumen de una cantidad constante de aire es
inversamente proporcional.
En la misma línea de la importancia de establecer condiciones iniciales, se destacó no
solamente el hecho de considerar que la temperatura debía permanecer constante sino
que, adicionalmente, la cantidad de gas, representada en su masa también debía ser
164
invariable. Expresiones tales como “temperatura constante”, “cantidad de O2 constante”,
“La temperatura: ya que es una condición para que ocurra el fenómeno de volumen y
presión inversamente proporcional y debe ser una T° constante” permiten inferir avance
en este sentido, toda vez que la Ley no se cumple si no se establecen de antemano
estas condiciones de partida. No obstante, no se detectaron unidades de contenido en
torno a la idea de la transformación de la energía cinética en potencial, y viceversa,
producto de la elasticidad de los choques.
Adicionalmente, cuando se analizan algunas representaciones gráficas también se
percibe un avance cualitativo en lo concerniente a la coherencia entre los modelos
expresados a nivel escrito e iconográfico, tal como se evidencia en las figuras 35 y 36
donde existe correspondencia entre la disminución de la presión y su consecuente
aumento del volumen.
Otros aspectos que vale la pena destacar se relacionan con algunas características
otorgadas a los gases ideales tales como que las partículas que los conforman se
mantienen en permanente movimiento. Por ejemplo, la unidad de contenido que hace
alusión a la idea según la cual “en la lata se mantiene en constante movimiento las
moléculas del gas” permite inferir que el sistema es dinámico toda vez que las
moléculas gaseosas se mueven y, por ende, chocan entre sí y con las paredes del
recipiente que las contiene.
A nivel conceptual se relaciona de manera acertada que una de las unidades para
expresar el volumen son los litros (L). Adicionalmente, se asoció la idea de fuerza con la
presión. De este modo “la relación que ejerce o existe entre una fuerza”, o, “la presión
es igual a la fuerza aplicada”, evidencian lo mencionado. No obstante, persisten
inconsistencias en el sentido de no considerar que la presión es producto de relación
existente entre la fuerza por unidad de área.
Para concluir con este proceso de modelación, se presentan brevemente algunos
tópicos en los que se produjo avance. En primer término, una mayor precisión a la hora
165
de comunicar las ideas, lo cual se evidencia en relacionar coherentemente que el
modelo – Ley de Boyle tiene como objeto el estudio de un fenómeno particular del
mundo natural que es el aire, visto como gas. Igualmente, esta idea de la precisión se
refleja en concebir que existen dos propiedades fundamentales para el estudio de la
Ley de Boyle tales como la presión y el volumen. Es más, se percibió progreso a nivel
conceptual en el sentido de considerar que la relación existente entre estas dos
variables es inversamente proporcional, es decir, a mayor presión, el espacio que
tienden a ocupar las partículas gaseosas es menor.
Adicionalmente, se detectó mejoría en la coherencia entre los modelos mentales
expresados a nivel escrito e iconográfico. Así, se describió, por ejemplo, cómo era la
relación entre presión y volumen y, esto, se representó gráficamente. También se
percibieron cambios en lo que atañe al establecimiento de condiciones iniciales. No
obstante que no se detectaron unidades de contenido que hicieran alusión a la
necesidad de considerar que los choques entre las partículas gaseosas eran elásticos,
hay que resaltar la tendencia a concebir que dentro de las condiciones esenciales para
que el modelo – Ley de Boyle se cumpla se encuentran que tanto la temperatura como
la cantidad de masa de aire deben permanecer invariables.
En último término, se exponen unas conclusiones finales en torno a las valoraciones
emitidas por el grupo de docentes sobre las mismas preguntas que se aplicaron en el
COCTS en un primer momento. Lo anterior permite contrastar las valoraciones iniciales
y finales, lo cual se constituye en un insumo final para comprender la evolución en las
concepciones de NdC del grupo de profesores e formación de ciencias.
En tal sentido, lo que primero que se destaca es que más del 60% de conjunto de
profesores en formación es consistente en lo adecuado respecto al papel de los errores
en el progreso científico pues existe una postura mayoritaria que considera a los
errores como algo inherente a la práctica científica, que adicionalmente no se
constituyen en algo negativo en el sentido de perjudicar el progreso o avance en la
166
ciencia. Esta percepción revela que la empresa científica es una actividad humana,
plagada de acierto y, también de desaciertos.
Respecto a la relación entre ciencia y realidad, se destacan avances acerca de la
importancia de delimitar el estudio del mundo físico para su posterior representación,
aspecto esencial en la visión semántica de ciencia. En contraste, se percibió poco
cambió respecto al estatus que se le otorgan a las leyes y a las teorías científicas lo
cual, se presume, es una consecuencia de posturas de raigambre empiro – positivas
muy arraigadas que se han formado no solamente de manera implícita, sino además
por el tipo de prácticas de corte eminentemente experimentalista que no permiten
reflexionar sobre la fuente del conocimiento científico y, la idea de la carga teórica de la
observación y la experimentación.
Igualmente es válido resaltar que la aplicación del COCTS en este segundo momento
fue útil para comprender que se presentó un aumento, por un lado, en el número de
profesores que consideran que la ciencia produce un tipo de conocimiento que no es
estático, sino dinámico y, por otro lado, en los profesores que son consistentes en
estas concepciones adecuadas porque expresan que el conocimiento antiguo puede
ser interpretado de forma diferentes, siendo susceptible al cambio.
Otro avance significativo se produjo en el ámbito de la naturaleza de las suposiciones
en el progreso científico. Así, el grupo de maestros en formación presenta aquí como
rasgo principal la presencia de concepciones adecuadas en lo que atañe a la
naturaleza de las suposiciones en el progreso científico dado que no valoraron de
manera negativa la presencia de las suposiciones equivocadas en el progreso
científico. Esta percepción coincide con el reconocimiento por parte del grupo de
profesores en formación en torno a la idea según la cual los errores no significan
perjuicio o retroceso en la ciencia.
A pesar de que el instrumento aplicado en esta fase final evidencia valoraciones
inconsistentes en lo que se refiere a los sentimientos subjetivos y a las decisiones
167
personales, este trabajo de intervención didáctica permitió, en el plano de lo
sociológico, apreciar avances en otros sentidos tales como la participación de
diferentes personas en las construcción histórica de la ley, resaltando la importancia de
concebir la ciencia como una actividad de carácter eminentemente colectivo.
A partir del análisis de las unidades de contenido que se han seleccionado y de las
diferentes actividades que se realizaron se puede concluir que la Secuencia Didáctica
permitió evidenciar evolución en diversos tópicos de la NdC tales como la importancia
de las suposiciones en el progreso científico, reconociendo que éstas no siempre
tienen que ser verdaderas, también se destacó la relevancia de la errores en la práctica
científica y el papel de las comunidades científicas, toda vez que la ciencia es un
esfuerzo humano de carácter colectivo. Además se hizo alusión a que el conocimiento
en la ciencia no crece de manera lineal ni acumulativa y que el tipo de conocimiento
que proviene de la ciencia se caracteriza por la provisionalidad.
Ahora bien, a la par de esta evolución en las concepciones de NdC se establece
también a manera de corolario que la secuencia presentó riqueza didáctica desde el
punto de vista del trabajo cooperativo en grupo de expertos. De este modo, se
potenciaron diferentes aspectos tales como la creatividad e imaginación, aspectos
necesarios en los procesos de tipo científico, igualmente sobre el trabajo independiente
dado que se generaron ambientes de aprendizaje donde de manera autónoma cada
profesor en formación debía pensar qué actividad iba a desarrollar el contenido del
cuento que le fue asignado y, finalmente, acerca del trabajo colectivo pero con
responsabilidades individuales de tal forma que si un integrante del grupo no asumía
sus compromisos con responsabilidad los demás miembros de su pequeña comunidad
de aprendizaje constituida se verían afectados.
168
RECOMENDACIONES
Los estudios de tipo educativo con intervenciones didácticas tal como el trabajo que se
ha desarrollado en la presente investigación requieren de un proceso de adaptación a
las edades, intereses y el contexto de los estudiantes. Así las cosas, la secuencia
denominada “El estudio de la Ley de Boyle: contando historias de la historia de la
ciencia” es considerada como un bosquejo de tipo histórico y semántico sobre
contenido de la ciencia escolar como lo es la Ley de Boyle. En este sentido, una de las
pretensiones del presente trabajo, que fue generar producciones didácticas que puedan
ser útiles para desempeño en el aula de clase debe considerarse como una propuesta
de trabajo, mas no como un camino prefigurado e inflexible, caracterizado por una
aplicación mecánica y rígida de las fases planteadas durante la secuencia didáctica.
Esto significa que los profesores interesados en buscar otras formas de enseñanza de
las ciencias deben realizar el respectivo proceso de contextualización y adaptación.
De lo anterior se deriva la necesidad de pilotear y aplicar esta intervención didáctica en
diferentes grupos de estudiantes, especialmente aquellos que cursan estudios de
educación básica, media y superior. Lo anterior permite, además, reforzar el proceso
de validación de la secuencia, toda vez que por las características propias de un objeto
de corte educativo, esta validación no se presenta en términos de cantidad sino de las
valoraciones y avances que presentan en sus modelos expresados a nivel verbal,
escrito e iconográfico los alumnos que se encuentran bajo la orientación de un
profesor.
169
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Abd-El-Khalick, F. & Lederman, N. G. (2000). The Infuence of History of Science
Courses on Students' Views of Nature of Science. Journal of Research in Science
Teaching, 37 (10), 1057 – 1095. Recuperado de :
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.466.265&rep=rep1&type=p
df
Abd-El-Khalick, F. (2013). Teaching with and about Nature of Science, and science
teachers Knowledge domains. Science & education, 22, 2087 – 2107. doi :
10.1007/s11191-012-9520-2
Acevedo, J.A. (2009). Conocimiento Didáctico del Contenido para la enseñanza de la
naturaleza de la ciencia (II): Una perspectiva. Revista Eureka, 6 (2), 164 – 189.
Recuperado de : http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=92012978001
Adúriz-Bravo, A. (2005). Una introducción a la naturaleza de la ciencia. La
epistemología en la enseñanza de las ciencias naturales. Buenos Aires: Fondo
de Cultura Económica.
Adúriz-Bravo, A. (2001). Integración de la epistemología en la formación del
profesorado de ciencias Tesis doctoral. [En línea.] Publicada por el sitio Tesis
Doctorales en Xarxa del Consorci de Biblioteques Universitàries de Catalunya.
170
Alonso, A. V., Manassero, M. A., Acevedo, J.A. & Acevedo, P. (2007). Consensos
sobre la naturaleza de la Ciencia: la comunidad tecnocientífica. Revista electrónica
de enseñanza de las ciencias, 6 (2), 331-363. Recuperado de :
http://reec.uvigo.es/volumenes/volumen6/ART7_Vol6_N2.pdf
American Association for the Advancement of Science [AAAS]. (1993). Benchmarks for
science literacy: A Project 2061 report. New York: Oxford University Press.
Recuperado de : http://www.project2061.org/publications/bsl/
Arana, M. (2005). La educación científico-tecnológica desde los estudios de ciencia,
tecnología, sociedad e innovación. Tábula rasa, 3, 293-313.
Balchin, J. (2003). Science: 100 scietists who changed the world. Nueva York:
Enchanted Lion Books.
Bennàsar, A., García – Carmona, A., Vázquez, A., Manassero, M. A. & Montesano, M.
(2010). ¿Aportan algo los estudios universitarios de grado a la comprensión de la
NdCyT?. En Bennàssar, A., Vázquez, A., Mannassero, M.A. & García – Carmona, A.
(coordinadores). Ciencia, tecnología y sociedad en Iberoamérica: Una evaluación de
la comprensión de la naturaleza de ciencia y tecnología, 129 – 138. Centro de Altos
Estudios Universitarios, Madrid: OEI. Recuperado de :
http://www.oei.es/salactsi/DOCUMENTO5vf.pdf
171
Berta, M. F. (2005). La Naturaleza de la Ciencia: una asignatura pendiente en los
enfoques CTS. En Membiella, P. & Padilla, Y. (editores). Retos y perspectivas de la
enseñanza de las ciencias desde el enfoque ciencia-tecnología y sociedad, 35 – 38.
Educación Editora. Recuperado de : http://aia-cts.web.ua.pt/wp-
content/uploads/2013/07/RetosyperspectivasCTS.pdf
Boyle, R. (1682). New experiments physico-mechanical touching the air. London:
University of Oxford. Recuperado de : http://www.e-rara.ch/doi/10.3931/e-rara-16019
Cardoso, N., & Morales, E. (2012). Didactic unit for the teaching of a topic of Nature of
Science and Technology (NoS&T) to teachers of science information in the context of
the EANCYT Project. Anais do II Seminário Hispano Brasileiro – CTS, 91-104.
Recuperado de :
http://revistapos.cruzeirodosul.edu.br/index.php/rencima/article/viewFile/378/316
Cardoso, N., Chaparro, N. & Erazo, D. (2006). Una revisión sobre la naturaleza de las
concepciones de ciencia. Revista Itinerantes, (4), 95-101.
Castro, E. & Sehk, P. (1997). Más allá de dilema de los métodos. Bogotá : Norma.
Kwok, C. (2010). Knowledge and skills that science teachers need for teaching the
nature of science. Disertación doctoral, University of Leicester, Leicester, Reino
Unido. Recuperado de : https://lra.le.ac.uk/bitstream/2381/9172/1/2010laukcedd.pdf
172
Colburn, A. (2004). Focusing labs on the nature of science. The Science Teacher, 71
(9), 32 – 35. Recuperado de :
http://www.nsta.org/publications/news/story.aspx?id=49931
Colombia, Estándares Básicos de Competencias en Ciencias Sociales y Ciencias
Naturales, (2002), Bogotá: Ministerio de Educación Ambiental.
Colombia, Proyecto Educativo del Programa de la Licenciatura en Educación Básica
con Énfasis en Ciencias Naturales y Educación Ambiental, (2009), Ibagué:
Universidad del Tolima.
Connant, J. B. (ed.) (1957). Harvard Case Histories in experimental science. Harvard
University press: Cambridge, MA. Recuperado de :
http://www.philoscience.unibe.ch/documents/educational_materials/Conant1957/Con
ant1957.pdf
Couso, D. (2005). Estudio de la electrostática: leyendo “historias” de historia de la
ciencia. En Couso, D., Cadillo, E., Perafán, G.E. & Adúriz – bravo, A. (ed). Unidades
didácticas en ciencias y matemáticas, 261 – 300. Bogotá: Cooperativa editorial
Magisterio.
Dibarboure, M. (2009). Entrevista a Agustín Adúriz – Bravo. Quehacer educativo, 172 –
176.
173
Duit, R. (2006). La investigación sobre enseñanza de las ciencias. Un requisito
imprescindible para mejorar la práctica educativa. Revista Mexicana de Investigación
Educativa, 11 (30), 741 – 770. Recuperado de :
http://www.comie.org.mx/v1/revista/visualizador.php?articulo=ART00164&criterio=htt
p://www.comie.org.mx/documentos/rmie/v11/n030/pdf/rmiev11n30scB03n01es.pdf
Fleming, R. (1986). Adolescent reasoning in socio-scientific issues, part I: social
cognition. Journal of Research in Science Teaching, 23 (8), 677 – 687. Recuperado
de: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/tea.3660230803/pdf
Galili, I (2012). Promotion of Cultural Content Knowledge Through the Use of History
and Philosophy of Science. Science & Education, 21, 1283-1316. doi:
10.1007/s11191-011-9376-x
Galili, I. & Hazan, A. (2001). Experts’ Views on Using History and Philosophy of Science
in the Practice of Physics Instruction. Science & Education, 10 (4), 345 – 367.
Galili, I. (2008). History of physics as a tool of teaching. In M. Vicentini & E. Sassi
(Eds.), Connecting research in physics education with teachers education (pp. 1–11).
International Commission on Physics Education.
http://web.phys.ksu.edu/icpe/Publications/teach2/Galili.pdf
174
García, A., Vázquez, A. & Manassero, M. A. (2012). Comprensión de los estudiantes
sobre Naturaleza de la Ciencia: Análisis del estado actual de la cuestión y
perspectivas. Enseñanza de las ciencias, 30 (1), 23 – 34. doi:
http://dx.doi.org/10.5565/rev/ec/v30n1.442
Giere, R. (1988). Explaining science. A cognitive approach. Chicago and London: The
University of Chicago Press.
Giere, R. (1999). Del realismo constructivo al realismo perspectivo. Revista Enseñanza
de las ciencias, número extra, 9 – 13.
Giere, R. (1999). Didáctica de la ciencia basada en el agente. Roles para la filosofía de
la ciencia y las ciencias cognitivas. Revista Enseñanza de las ciencias, número extra, 5
– 7.
Giere, R. (1999). Un nuevo marco para enseñar el razonamiento científico. Revista
Enseñanza de las ciencias, número extra, 63 – 70.
Giere, R. (Ed.). (1992). Cognitive models of science. Minneapolis: University of
Minnesota Press.
Guisasola, J., & Morentin, M. (2007). Comprenden la naturaleza de la ciencia los
futuros maestros y maestras de Educación Primaria. Revista Electrónica de
175
Enseñanza de las Ciencia, 6 (2), 246 – 262. Recuperado de :
http://reec.webs.uvigo.es/volumenes/volumen6/ART2_Vol6_N2.pdf
Haukoos, G. D., & Penick, J. E. (1985). The effects of classroom climate on college
science students: A replication study. Journal of Research in Science Teaching, 22
(2), 163–168.
Hodson, D. (1994). Hacia un enfoque más crítico del trabajo de laboratorio: Enseñanza
de las Ciencias , 12 (3), 299- 313. Recuperado de :
http://www.raco.cat/index.php/ensenanza/article/viewFile/21370/93326
Höttecke, D., Henke, A., & Riess, F. (2010). Let´s Do it Together! A Collaborative
Project of Researches and Practitioners on Implementing History and Philosophy in
Science Teaching. En International NARST conference (coord.), Research into
practice: Practice Informing Research. (pp. 1-17). Filadelfia: Universidad de
Filadelfia.
Izquierdo, M. (1999). Introducción. Revista Enseñanza de las ciencias, número extra, 3
– 4.
Izquierdo, M., Espinet, M., García, M. P., Pujol, R. & SanMartí, N. (1999).
Caracterización y fundamentación de la ciencia escolar. Revista Enseñanza de las
ciencias, número extra, 79 – 91.
176
Justi, R. & Gilbert, J. (2003). Teachers Views on the Nature of Models. International
Journal of Science Education, 25 (11), 1369 – 1386.
Justi, R. (2006). La enseñanza de ciencias basada en la elaboración de modelos.
Enseñanza de las Ciencias, 24 (2), 173 – 184. Recuperado de :
http://www.cad.unam.mx/programas/actuales/especial_maest/maestria/ff_cn_1aE/00/
02_material/archivos/10_justimodelos2006.pdf
Justi, R., & Gilbert, J. (2002). Teacher’s views on the nature of modelling and
implications for the education of modelers. International Journal of Science
Education, 24 (12), 1273 – 1292. doi : 10.1080/09500690110110142
Lawson, A. E. (1982). The nature of advanced reasoning and science instruction.
Journal of Research in Science Teaching, 19, 743–760. doi :
10.1002/tea.3660190904
Leal, A. (2010). Caracterización de las concepciones sobre naturaleza de las ciencias
en los estudiantes del programa Licenciatura en Educación Básica con énfasis en
Ciencias Naturales y Educación Ambiental de la Universidad del Tolima. Tesis de
pregrado, Universidad del Tolima, Tolima, Colombia.
Lederman, N. G., Abd-El-Khalic, F., Bell, R. L. & Schawrtz, R. (2002). Views of Nature
of Science Questionnaire: Toward Valid and Meaningful assessment of learnes’
177
Conceptions of Nature of Science. Journal of research in science teaching, 39 (6),
497-521. Recuperado de :
http://www.gb.nrao.edu/~sheather/For_Sarah/lit%20on%20nature%20of%20science/
views%20of%20nature%20of%20science%20questionnaire.pdf
Lederman, J. S. & Lederman, N. G. (2004). Revising instruction to teach nature of
science. The Science Teacher, 71 (9), 36 – 39. Recuperado de :
http://www.nsta.org/publications/news/story.aspx?id=49932
Lonsbury, J. G. & Ellis, J. D. (2002). Science history as a means to teach Nature of
science concepts: Using the development of understanding related to mechanisms of
inheritance. Electronical Journal of Science Education, 7(2), 1 – 42. Recuperado de :
http://wolfweb.unr.edu/homepage/crowther/ejse/lonsbury.pdf
Marradi, A., Archenti, N. &Piovani, J. (2007). Metodología de las ciencias sociales.
Buenos Aires : Emecé.
Matthews, M. R. (1994). Science teaching: The role of history and philosophy of
science. New York: Routledge.
Matthews, M. R. (2011). Changing the focus: From Nature of Science to feature of
science. In M. S. Khine (ed). Advances in Nature of Science Research, Springer,
Dordrecht, pp. 3-26.
178
McComas, W. & Olson, J. (1998). The nature of science in international science
education standards documents. En McComas, W. (ed). The nature of science in
science education. Rationales and strategies, 41 – 52. Dordrecht : Klower.
Meichtry, Y.J. (1993). The impact of science curricula on student views about the nature
of science. Journal of Research in Science Teaching, 30(5), 429-443.
Ministerio de Educación Nacional (2002). Estándares básicos de competencias en
ciencias sociales y naturales. Bogotá : Colombia.
Morales, E. (2010). Relaciones entre las concepciones de Naturaleza de Ciencia y de
modelo científico en profesores de ciencias naturales. Tesis de Maestría.
Universidad del Tolima.
Nersessian, N. (2001). Razonamiento basado de modelos y cambio conceptual.
En: Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 4(3), 563-
570. Recuperado de : http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=92040315
Ospina, A. et. al. (1960). Física. Medellín : Editorial Bedout.
Posner, G. J., Strike, K. A., Hewson, P. W. & Gertzog, W. A. (1982). Accommodation of
a scientific conception: Toward a theory of conceptual change. Science Education,
66, 211-227. doi : 10.1002/sce.3730660207
179
Riley, J. P., II (1979). The influence of hands-on science process training on preservice
teachers’ acquisition of process skills and attitude toward science and science
teaching. Journal of Research in Science Teaching, 16 (5), 373–384. doi :
10.1002/tea.3660160502
Rivas, L. & Aristizábal. (2005). ¿Cuál es la concepción de ciencia que se refleja cuando
los maestros de ciencias naturales organizan los contenidos a enseñar?. Revista
tecné, epistemé y didaxis, 25, 366-374. Recuperado de :
http://revistas.pedagogica.edu.co/index.php/TED/article/viewFile/254/245
Roach, L .E. & Wandersee, J. H. (1995). Putting people back into science: Using
historical vignettes. School science and maths, 95 (7), 365 – 370. doi :
10.1111/j.1949-8594.1995.tb15802.x
Sadler, T. D., Chambers, F. W., & Zeidler, D. (2004). Student conceptualizations of the
nature of science in response to a socioscientific issue. International Journal of
Science Education, 26 (4), 387–409.
Solbes, J., & Traver, M. (2003). Against a Negative Image of Science: History of
Science and the Teaching and Chemistry. Science & Education, 12, 703-717.
180
Tao, P. K. (2003). Eliciting and developing junior secondary students‟ understanding of
the nature of science through peer collaboration instruction in science stories.
International Journal of Science Education, 25 (2), 147–171.
Texeira, E. S., Greca, I. M. & Freire, O. (2012). The History and Philosophy of Science
in Physics Teaching: A Research Synthesis of Didactic Interventions. Science &
Education, 21 (6), 771 – 796. Recuperado de :
http://www.if.ufrgs.br/gpef/VIIRELAEF/historia_e_filosofia/HF%20texto%201.pdf
Webster, C. (1965). The Discovery of Boyle’s Law, and the Concept of the Elasticity of
Air in the Seventeenth Century. Arch. Hist. Exact Sci., 2. Recuperado de :
https://www3.nd.edu/~powers/ame.20231/webster1965.pdf
181
ANEXOS
182
Anexo A. Actividad 1, fase 1, etapa 2.
Este cuestionario anónimo pretende conocer sus opiniones acerca de algunas cuestiones importantes sobre la ciencia y la tecnología en el mundo actual. Todas las cuestiones tienen la misma estructura: un texto inicial que plantea un problema y va seguido de una lista de frases que representan diferentes alternativas de posibles respuestas al problema planteado, y que están ordenadas y etiquetadas sucesivamente con una letra (A, B, C, D, etc.). Se pide que valore su grado de acuerdo personal con cada una de estas frases escribiendo sobre el cuadrito a la izquierda de la frase el número que representa su opinión, expresado en una escala de 1 a 9 con los siguientes significados:
DESACUERDO Indeciso ACUERDO OTROS Total Alto Medio Bajo Bajo Medio Alto Total No entiendo No sé
1 2 3 4 5 6 7 8 9 E S
En caso que no pueda manifestar su opinión en alguna frase escriba la razón: E. No la entiendo. S: No sé.
90411 Aunque las investigaciones científicas se hagan correctamente, el conocimiento que los científicos descubren con esas
investigaciones puede cambiar en el futuro.
El conocimiento científico cambia:
A.
Porque los científicos más jóvenes desaprueban las teorías o descubrimientos de los científicos anteriores. Hacen esto
usando nuevas técnicas o instrumentos mejorados para encontrar factores nuevos pasados por alto antes, o para detectar
errores en la investigación original "correcta".
B.
Porque el conocimiento viejo antiguo es reinterpretado a la luz de los nuevos descubrimientos; por tanto, los hechos
científicos pueden cambiar.
C.
El conocimiento científico PARECE cambiar porque puede ser distinta la interpretación o la aplicación de viejos
hechos; pero los experimentos realizados correctamente producen hechos invariables.
D.
El conocimiento científico PARECE cambiar porque el nuevo conocimiento se añade sobre el anterior; el conocimiento
antiguo no cambia.
90521 Cuando se desarrollan nuevas teorías o leyes, los científicos necesitan hacer algunas suposiciones sobre la naturaleza
(por ejemplo, que la materia está hecha de átomos). Estas suposiciones tienen que ser verdaderas para que la ciencia
progrese adecuadamente.
Las suposiciones TIENEN QUE SER verdaderas para que la ciencia progrese:
A. porque se necesitan suposiciones correctas para tener teorías y leyes correctas. En caso contrario los científicos
Ejemplo de pregunta con sus respuestas (Los números situados en la columna de la izquierda son las respuestas que debe escribir; las valoraciones de este ejemplo son ficticias y no deben tomarse como referencia de nada)
10412 ¿La ciencia influye en la tecnología?
1 A. La ciencia no influye demasiado en la tecnología.
6 B. Tecnología es ciencia aplicada.
8 C. El avance en ciencia conduce a nuevas tecnologías.
9 D. La ciencia se hace más valiosa cuando se usa en tecnología.
7 E. La ciencia es el conocimiento base para la tecnología.
8 F. Los conocimientos de la investigación científica aplicada se usan más en tecnología que los conocimientos de la
investigación científica pura. 2 G. La tecnología es la aplicación de la ciencia para mejorar la vida.
183
perderían mucho tiempo y esfuerzo empleando teorías y leyes erróneas.
B.
en caso contrario la sociedad tendría serios problemas, como una inadecuada tecnología y productos químicos
peligrosos.
C.
porque los científicos hacen investigación para probar que sus suposiciones son verdaderas antes de continuar con su
trabajo.
D.
Depende. A veces la ciencia necesita suposiciones verdaderas para progresar. Pero a veces la historia ha demostrado
que se han hecho grandes descubrimientos refutando una teoría y aprendiendo de sus suposiciones falsas.
E. Los científicos no hacen suposiciones. Investigan una idea para averiguar si es verdadera. No suponen que sea verdad.
90631 Los descubrimientos científicos ocurren como resultado de una serie de investigaciones, cada una se apoya en la
anterior, y conduce lógicamente a la siguiente, hasta que se hace el descubrimiento.
Los descubrimientos científicos resultan de una serie lógica de investigaciones:
A.
porque los experimentos (por ejemplo, los que condujeron al modelo del átomo, o los descubrimientos sobre el cáncer)
son como colocar ladrillos para hacer una pared.
B.
porque la investigación comienza comprobando los resultados de un experimento anterior para ver si es verdad. La
gente que sigue adelante comprobará un nuevo experimento.
C.
Habitualmente, los descubrimientos científicos resultan de una serie lógica de investigaciones. Pero la ciencia no es tan
absolutamente lógica; en el proceso, también hay una parte de ensayo y error, de acertar y fallar.
D.
Algunos descubrimientos científicos son casuales o son un resultado inesperado de la intención real del científico. Sin
embargo, la mayoría de los descubrimientos resultan de una serie de investigaciones construidas lógicamente una sobre
la otra.
E.
La mayoría de los descubrimientos científicos son casuales o son un resultado inesperado de la intención real del
científico. Algunos descubrimientos resultan de una serie de investigaciones construidas lógicamente una sobre otra.
Los descubrimientos científicos NO ocurren como resultado de una serie lógica de investigaciones:
F.
porque con frecuencia los descubrimientos resultan de juntar piezas de información previamente no relacionadas entre
sí.
G.
porque los descubrimientos ocurren como consecuencia de una amplia variedad de estudios, que originalmente no
tenían nada que ver, pero que se relacionaron unos con otros de manera inesperada.
90651 Los científicos NO deberían cometer errores en su trabajo porque los errores retrasan el avance de la ciencia.
A.
Los errores retrasan el avance de la ciencia. La información equivocada puede conducir a conclusiones falsas. Si los
científicos no corrigen inmediatamente los errores en sus resultados, la ciencia no avanza.
B.
Los errores retrasan el avance de la ciencia. Las nuevas tecnologías y equipamientos reducen los errores mejorando la
precisión y así la ciencia avanzará más de prisa.
Los errores NO PUEDEN evitarse:
C.
Aunque después los científicos reducen los errores comprobando los resultados unos con otros hasta que se alcanza un
acuerdo.
D.
algunos errores pueden retrasar el avance de la ciencia, pero otros pueden conducir a nuevos descubrimientos o avances.
Si los científicos aprenden de sus errores y los corrigen, la ciencia avanzará.
E.
En la mayoría de casos, los errores ayudan a avanzar la ciencia. Ésta progresa detectando y corrigiendo los errores del
pasado.
90211 Muchos modelos científicos usados en los laboratorios de investigación (tales como el modelo del calor, el de las
neuronas, del DNA o del átomo) son copias de la realidad.
Los modelos científicos SON copias de la realidad:
A. porque los científicos dicen que son verdaderos, por tanto deben serlo.
B. porque hay muchas pruebas científicas que demuestran que son verdaderos.
C. porque son verdaderos para la vida. Su objetivo es mostrarnos la realidad o enseñarnos algo sobre ella.
D.
Los modelos científicos son muy aproximadamente copias de la realidad, porque están basados en observaciones
científicas e investigación.
Los modelos científicos NO son copias de la realidad:
E. porque simplemente son útiles para aprender y explicar, dentro de sus limitaciones.
184
F. porque cambian con el tiempo y con el estado del conocimiento, como lo hacen las teorías.
G. porque estos modelos deben ser ideas o conjeturas bien informadas, ya que el objeto real no se puede ver.
90511 Las ideas científicas se desarrollan desde las hipótesis hasta las teorías, y finalmente, si son suficientemente buenas,
hasta constituir leyes.
Las hipótesis pueden conducir a teorías que pueden llevar a leyes:
A.
porque una hipótesis se comprueba con experimentos. Si se prueba que es correcta llega a ser una teoría. Después que
una teoría se ha probado como verdadera varias veces por diferentes personas y que se maneja durante mucho tiempo,
ésta se convierte en ley.
B.
porque una hipótesis se comprueba con experimentos. Si existen pruebas que la apoyan, es una teoría. Después que una
teoría se ha comprobado muchas veces y parecer ser esencialmente correcta, es suficiente para que llegue a ser una ley.
C. porque es una manera lógica de desarrollar las ideas científicas.
D.
Las teorías no pueden convertirse en leyes porque ambas son ideas de distinta clase. Las teorías se basan en ideas
científicas que son ciertas en menos del 100%, y por eso no se puede probar que las teorías sean verdaderas. Sin
embargo, las leyes se basan sólo en hechos y son seguras al 100%.
E.
Las teorías no pueden convertirse en leyes porque ambas son ideas de distinta clase. Las leyes describen fenómenos
naturales. Las teorías explican fenómenos naturales. Por tanto las teorías no pueden convertirse en leyes. Sin embargo,
con pruebas que las apoyen, las hipótesis pueden convertirse en teorías (explicaciones) o leyes (descripciones).
70221 Cuando se propone una nueva teoría científica, los científicos deben decidir si la aceptan o no. Su decisión se basa
objetivamente en los hechos que apoyan la teoría; no está influida por sus sentimientos subjetivos o por motivaciones
personales.
A.
Las decisiones de los científicos se basan exclusivamente en los hechos, en caso contrario la teoría no podría ser
adecuadamente apoyada y podría ser inexacta, inútil o, incluso, perjudicial.
B.
Las decisiones de los científicos se basan en algo más que en los hechos solamente. Se basan en que la teoría haya sido
comprobada con éxito muchas veces, en comparar su estructura lógica con otras teorías, y en la sencillez con que la
teoría explica todos los hechos.
C.
Depende del carácter de cada científico. Algunos científicos estarán influidos por sus sentimientos personales, mientras
que otros se cumplirán su deber de tomar sus decisiones basándose sólo en los hechos.
D.
Puesto que los científicos son humanos, sus decisiones serán influidas, en alguna medida, por sus propios sentimientos
internos, por su opinión sobre la teoría, o por beneficios personales tales como fama, seguridad en el empleo o dinero.
E.
Las decisiones de los científicos se basan menos en los hechos y más en sus propios sentimientos, su opinión personal
sobre la teoría, o en los beneficios personales, tales como fama, seguridad en el empleo o dinero.
185
Anexo B. Actividad 2, fase 1, etapa 2.
Construir con su grupo de trabajo un modelo para responder a la siguiente pregunta
¿Cómo mediría la presión y el volumen de aire que hay en una jeringa? Para esto,
utilizar los siguientes materiales que tendrá a su disposición. Jeringa, fósforos,
dinamómetro (instrumento con el que se mide la fuerza) y libros. Explicar el proceso y
representarlo de manera gráfica.
186
Anexo C. Actividad 3, fase 1, etapa 2.
A. Realice el siguiente trabajo de manera individual. Responda las siguientes preguntas. A1. ¿Cómo sabe usted que existe el vacío? Explique a través de un ejemplo. A2. Represente gráficamente el vacío y cómo lo mediría. (Explique el proceso de medición) B. Responda la siguiente pregunta: ¿Cómo cree que en la historia de la ciencia se supo de la existencia del vacío y por qué?
187
Anexo D. Lectura Inicial de la Secuencia Didáctica
Lectura inicial Pedro se levanta temprano en horas de la mañana para asistir a la Universidad.
Normalmente no lo despierta el sonido de la alarma o el ruido de los gallos sino un
fino rayo de luz que se desliza por la ventana y logra atravesar un pequeño
resquicio hasta reflejarse en su cara. Camila percibe diariamente esta situación
desde su habitación y se ríe por la mala suerte de su amigo. ¡Ni siquiera los
domingos puede dormir tranquilo el pobre de Pedro!, comenta en tono de burla.
- ¡Caramba!, ¡por lo menos yo asisto de manera puntual a las clases!- responde
Pedro para defenderse.
- ¡No más!, ¡deberían cambiar de conversación!- exclama Catalina, molesta porque
la discusión está afectando a las demás personas que conviven con ellos y decide
cambiar de tema.
- ¿recuerdan que para mañana tenemos pendiente la exposición de física y no
hemos empezado por estar enfrascados en cosas tan bizantinas?- pregunta Catalina
sin ocultar su preocupación. -¡No nos agobies más con ese tema!- responden al
unísono los amigos. Eso está muy fácil, sólo debemos buscar en internet, ¿no?
-¡Un momento, esperen!- Catalina se inclina un poco para tomar su libreta de
apuntes que había dejado en la alacena. –¡Aquí, física!....., a ver esto no es, esto
tampoco, por aquí voy bien, ¡Aquí está! Actividad 1 del tema de La ley de Boyle. –
Léela, empieza- pide, Camila, que tuvo problemas esta mañana para levantarse y
no quiere que Pedro se entere de ello.
-¿Qué es en concreto?-, interroga Camila. En principio, la etimología de las dos
propiedades físicas que se relacionan es esta Ley, responde Catalina. –Muy fácil!- la
presión y el volumen, interpela Pedro con su consabido espíritu de superioridad.
Camila dice que la etimología es el estudio del origen de las palabras. En muchas
ocasiones, cuando no sabemos qué quiere decir una palabra, la etimología nos
ayuda a averiguarlo. Por ejemplo, si no sabemos el significado de la palabra
hidrofobia, podemos buscar su origen. Sabiendo que proviene de la unión de dos
palabras del latín, hydro y phobia, que significan agua y horror, podemos
interpretar el significado de hidrófobo como repulsión/temor al agua.
-¡Eso no es!- grita Pedro, interrumpiendo a Catalina- ¡la exposición de Física!. La de
la relación inversa que existe en la presión y el volumen (Ley de Boyle).
-Que no…. que no son estos…. espera, hombre, es algo un poco raro pero son
estos. Continúa…. En este caso lo primero es averiguar la etimología de las palabras
presión y volumen. La palabra volumen, del latín volumen se define como una
magnitud física que expresa la extensión de un cuerpo en tres dimensiones: largo,
ancho y alto. Y la palabra presión, que proviene del latín pressĭo, también es una
magnitud física que expresa la fuerza ejercida por un cuerpo sobre la unidad de
superficie.1
1 Definiciones registradas en el diccionario de la Real Academia de la Lengua Española.
188
Los tres estudiantes seguían avanzando en sus estudios cuando de repente
escuchan una voz grave que los interrumpe. -¡Qué hacen! farfulló Gregorio,
¡Aunque es correcto averiguar por la etimología, eso no es suficiente!. Hay que
trabajar sobre la historia de la Ley de Boyle para después si hablar de la presión y
del volumen. ¡Eso de la etimología hay que dejarlo casi que para lo último!
¿Buscamos una forma diferente de estudiar? –les propuso-. Y terminó con una
frase que a todos los dejo boquiabiertos: ¡La ignorancia del presente, nace de la
incomprensión del pasado!. Si quieren en realidad saber algo sobre esta Ley de
Boyle hay que estudiar sobre su proceso de constitución histórica.
-Te creemos porque nos planteado argumentos que nos convencieron y, además,
llevas mucho más tiempo que nosotros estudiando- asentaron Camila, Catalina y
Pedro.
-¡Empecemos!.... ¿Grecia?…. ¿El vacío?....
189
Anexo E. Lectura I. Las discusiones entre Aristotélicos y Atomistas.
Lectura I
Las discusiones entre Aristotélicos y Atomistas
Gregorio se sienta con María, Catalina y Pedro. Hay expectativa en el grupo por
esta nueva forma de aprender ciencias. -¡La ciencia es una actividad humana!-
empieza Gregorio, y una práctica común de ésta es la elaboración de modelos.
-¿Qué es esto? ¡Gregorio utiliza un lenguaje muy raro para hablar!- Piensa María en
silencio. -¡Pero si esa palabra modelo se escucha todos los días!- agrega Pedro. Y
prosigue…. Así como la modelo que vi esta mañana en televisión o también cuando
a uno le dicen que alguien es un modelo a seguir, a manera de patrón o ejemplo. -
¡Eso son algunos usos cotidianos que se le dan al término modelo¡- replica
Gregorio. En nuestro caso, los modelos son representaciones del mundo producidas
por el pensamiento humano.
Ummm….. -¿Qué tiene que ver eso con la exposición que debemos realizar?-
preguntan los tres. -¡Necesitamos hablar sobre la Ley de Boyle!- le recuerdan,
pensando que Gregorio les está tomando del pelo y lo único que quiere es hacerse
notar porque está interesado en impresionar a Catalina.
-¡Empecemos!- dice Gregorio. -¿Cuál es la parte del mundo que estudia la Ley de
Boyle?- interroga. Todos se quedan callados ante este cuestionamiento y con voz
trémula ninguno se atreve a responder de manera convincente. La t….., el f….., el
a….. -¡Por ahí es! les anima Gregorio! -¡El aire!- comentan uno de ellos. ¡Eso es!
Sigue….-¿Podemos imaginarnos un mundo sin aire?- -¡Qué va!- es imposible estar
aquí, ahora, respirar, vivir. Esa es una buena justificación para estudiar la Ley de
Boyle.
Lo cierto es que nuestra Ley, que fue formulada en el siglo XVII, fue producto de un
proceso histórico. ¡Ajá…..! ¿Y por eso nos hablaste de Grecia y el vacío? Menciona
María, inquieta por lo que está escuchando.
-¡A mí eso me suena demasiado pretensioso!- dice Pedro con cara de molestia,
porque aunque le interesa la explicación que Gregorio les está dando, no puede
ocultar su fastidio por el “protagonismo” que está ejerciendo, en especial, sobre
Catalina, en quien estaba interesado desde un principio. Y termina…. todos hemos
escuchado hablar acerca del aire y del vacío. ¡Eso son lugares comunes!
-¡Pues nosotras sabemos un poco más de esto y de su relación con La ley de
Boyle!- expresan a una sola voz María y Catalina.
Sin problema, déjenme continuar y les explico. Veamos, en Grecia se dio una
discusión entre Aristotélicos y Atomistas. ¡Es fácil¡ -exclaman María y Catalina
entusiasmadas. Los Aristotélicos se identificaban con Aristóteles y los Atomistas con
el átomo. Sí, pero el principal representante del Atomismo era Demócrito, corrige
Gregorio.
Para Demócrito el vacío sí existía, mientras que los Aristotélicos se oponían a este
razonamiento. -¡A ver!- muéstrame cuáles son los argumentos de uno y de otro,
190
interrumpió Pedro con tono inoportuno. En el fondo, no tenía más remedio que
reconocer que su curiosidad por el tema estaba aumentando y, que además, esta
era la única forma para no alejarse de María, su amiga, así como de mantenerse
cerca de Catalina. Esa era la mejor manera de retomar su rol protagónico, pensó.
-¿No les parece curioso el hecho de que en la historia de la Ley de Boyle, las
primeras discusiones se hallan presentado sobre el vacío, sin hacer referencia
directa al aire?- les cuestionó Gregorio. -¿Existe vacío en los agujeros negros?- se
preguntó Pedro.
-¡Continúa, Gregorio, por favor!
Bien, pues como les venía diciendo existió una discusión entre Aristotélicos y
Atomistas en la Antigua Grecia sobre la naturaleza del vacío. Los Atomistas
consideraban que el movimiento no podía ocurrir sin vacío y que la luz era
generada por el movimiento rápido de los corpúsculos en el vacío.
Es decir que los griegos relacionaban el estudio del vacío con las ideas sobre el
movimiento…. ¡Sí!, ese es un aspecto importante, concluyeron todos.
Por su parte, los Aristotélicos propusieron la noción de movimiento natural de los
cuerpos. Así, la velocidad estaba determinada por su peso y la resistencia al medio
y la luz era la actualización del agua y el aire.
¡Un momento! –interrumpió Catalina- ¡Les recuerdo que la luz se puede propagar
en el vacío!, despertando la admiración de Pedro y Gregorio.
Lo curioso es…. si el vacío no se puede ver a simple vista, ¿cómo los científicos
aceptan su existencia?, ¿a dónde queda la observación para hacer ciencia?
Lo que hicieron tanto Aristotélicos y Atomistas fue representar de diferente manera
sus ideas acerca del movimiento. El pensamiento humano es tan diverso que las
explicaciones ante una misma cosa pueden ser diferentes. Ellos intentaron dar una
explicación racional a un fenómeno y fue válido para su época, menciona Gregorio.
¡Ellos crearon un modelo!, asintió María.
-¡Ahora comprendemos la importancia de estas discusiones!- dijeron todos.
191
Este montaje estaba formado por un contenedor de agua y un tubo largo que terminaba en forma de balón. Creo lo que
constituye, en esencia, un barómetro de agua. El montaje fue realizado en el año de
1640, en pleno siglo XVII. Berti realizóel
primer experimento con el vacío a través de diferencia de presión de aire en la atmósfera.
Anexo F. Lectura II. El interés por la producción experimental de vacío.
Lectura II
El interés por la producción experimental de vacío
Mientras Catalina, María y Pedro escuchaban con mucho interés, Gregorio continuó
su explicación: Tenemos que pensar que las ideas científicas cambian y que
conforme avanzaba el tiempo, un famoso personaje italiano, Galileo Galilei, se
interesó por la idea del vacío. Él quiso producir vacío a nivel experimental.
-¿Lo logró?- interrumpió María.
-Él no trabajo sólo, sino en compañía. Es más, su amigo, Gasparo Berti, también
italiano, creó un montaje experimental que pretendía demostrar la existencia del
vacío-
-¿Cómo era el montaje de Gasparati? –preguntó Catalina-
-Gasparo, se llama Gasparo- contesta Gregorio.
-¿Y cómo bajó el agua?, ¿Por qué hay un espacio ahí
arriba?- fueron algunos de los interrogantes.
-¡Vamos despacio- anotó Gregorio. Lo primero es que existe un aire en la atmósfera
que genera una presión, conocida como presión atmosférica. Esta presión es la que
permite que el agua depositada en el contenedor permanezca en el tubo.
-¡Ajá!- ahora sabemos un poco más acerca una de las dos propiedades físicas de la
Ley de Boyle: La presión, dijo Pedro. -Sí, pero aún falta responder la segunda
pregunta, insistieron María y Catalina. ¿En ese espacio hay vacío? o ¿qué hay?
-Quienes defendían el punto de vista aristotélico no aceptaban la idea del vacío. Su
famoso lema era “horror vacui”, que quiere decir que la naturaleza aborrece el
vacío. Sus argumentos consistían en que existía un movimiento natural o
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continuidad de la materia y que el supuesto vacío no era más que transmisión de
un medio potente como la luz, el agua y el sonido-
-Mientras tanto, para los atomistas el espacio entre los cuerpos del universo, o los
átomos y moléculas de la materia es un vacío. Esto quiere decir que ese espacio de
allá arriba es vacío. Por lo tanto, Demócrito y sus seguidores rechazaron la idea
según la cual la naturaleza aborrece el vacío.
-¡Esta fue la misma discusión que se dio en Grecia!- dijeron Pedro y Catalina. A
Pedro le encantaba coincidir con Catalina en sus puntos de vista-
- ¡Sí, eso es!-, añadió María. –pero hay una diferencia fundamental y es que hay
que la discusión es experimental- dijo Gregorio.
-Y siguió…. una de las cosas más importantes en la Física es la experimentación.
-¿Por qué explicaron de diferente manera el espacio creado?, se autopreguntó.
Respondió de inmediato….. de ahí la importancia de los modelos mentales…..
Voy a continuar explicando el montaje experimental practicado por Evangelista
Torricelli. Es importante decir que Torricelli se basó en el trabajo de su amigo Berti
sino que en lugar de agua utilizó Mercurio.
-¿Por qué Mercurio en vez de agua?, ¿Acaso, cuál es la diferencia entre los dos?-
interrogó Catalina.
-Sin responder, Gregorio dijo que Torricelli estaba convencido de que el espacio
creado en el experimento de Berti era vacío porque la ausencia de materia podría
ser demostrada reemplazando el Mercurio por agua, con lo cual sería rellenado el
tubo.
El trabajo de Torricelli constaba de un
contenedor de Mercurio y un tubo que terminaba en forma de balón. Fue realizado
en 1644 en la ciudad de Florencia, Italia. Con
este montaje experimental este matemático pretendía demostrar que la naturaleza no
aborrecía el vacío. Además, construyó con claridad el concepto de presión del aire.
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Cuando el tubo fue ladeado y sumergido en un recipiente con Mercurio la vejiga se
hinchó. El inglés observó con gran interés este cambió en el volumen de la vejiga
-Para hacer esto tapó con su dedo el tubo y lo invirtió sobre el contenedor de
Mercurio. De manera sorprendente la columna de Mercurio bajó varios centímetros,
permaneciendo estática a unos 76 cm de altura (760mm). Ante esto, Torricelli dijo
que la columna de Mercurio no caía debido a que la presión atmosférica ejercida
sobre la superficie del mercurio era capaz de equilibrar la presión ejercida por su
peso. -¡Y en la zona de la columna desalojada de Mercurio había vacío-, terminó
diciendo….
-¡Con razón nuestros profesores nos dicen que 1 atmósfera es igual 760 mm
Mercurio!- dijeron inmediatamente María, Pedro y Catalina.
Sigamos…..
Los tres amigos se sentían un poco fastidiados por la actitud prepotente de
Gregorio pero decidieron continuar escuchándolo porque se encontraban muy
interesados en el tema y ya habían adelantado una buena parte de su exposición.
Después, por las cartas de un corresponsal científico llamado Marín Merssenne, el
experimento de Torricelli viajó a Inglaterra.
-Tiene nombre de mujer- soltó un carcajada Pedro.
En tierras inglesas, Roberval se interesó por experimentar con el vacío de Torricelli.
Como novedad decidió introducir una vejiga natatoria en el fondo de un tubo largo
que terminaba en forma de balón.
-El montaje experimental de Roverbal fue importante
porque reforzó la idea de la fuerza ejercida por el aire
atmosférico.
-¡Eso ya lo habíamos visto!- interrumpió Catalina con
cierto grado de vehemencia.
-Además, también nos permitió inferir que esa fuerza ejercida tiene algo así como
un poder de resiliencia o recuperación que le permite expandirse cuando se libera
de la compresión. ¡Por eso la vejiga aumenta su volumen! expresaron los tres
amigos. ¡Es a eso lo que llamamos rarefacción del aire!- terminó Gregorio.
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Con la bomba de vacío se podía, por primera vez,
controlar la presión del aire y liberar al experimento de Torricelli del peso de la atmósfera.
Si se introducía un barómetro en la campana de aire no se obtenía ya un equilibrio de pesos sino
un equilibrio entre la fuerza de gravedad y la
elasticidad del aire encerrado, capaz de ejercer una presión medida por la altura de la columna de
Mercurio.
Anexo G. Lectura III. La bomba de vacío y el tubo en forma de “J”
Lectura III
La bomba de vacío y el tubo en forma de “J”
El término de rarefacción fue reemplazado por el de elasticidad o eláter. Este fue
una de las principales contribuciones del Francés Pecquet. Elasticidad o eláter fue
ampliamente aceptado en Inglaterra, país donde Boyle enuncia su conocida Ley de
Boyle.
-Bueno, ya hemos hablado sobre la historia de las palabras presión y volumen- dijo
María.
-¡No se nos puede olvidar la relación entre estas dos propiedades físicas!- exclamó
-¿Qué nos dices sobre eso?- todos miraron a Gregorio pidiéndole que continuara
con su explicación.
-¿Ustedes han oído hablar de la bomba de vacío?- preguntó Gregorio. –Eso debe
ser algo así como un balón que se infla y en el que por dentro no hay nada- fue la
respuesta que se escuchó.
-¡Miren que Boyle la construyó con ayuda de otras personas!- sentenció Gregorio.
María, Catalina y Pedro contaron que habían averiguado en internet algo y que
encontraron el nombre de un tal Guiriki.
Gregorio no paraba de reir. -¡Me imaginó la calidad de fuente bibliográfica que
consultaron cuando ni siquiera pronuncian bien el nombre!- pensó. Otto Von
Güericke, quieren decir. ¡Sí, ese, ese!, dijeron los tres.
Y empezó….Otto Von Güericke se inventó la bomba de vacío hacia 1654. El nombre
que también recibió este aparato fue el de motor neumático. El diseño final de la
bomba se le atribuye a Ralph Greatorex y Robert Hooke, junto con Boyle
-¡Claro!- si nos fijamos en el experimento de Torricelli el aire
de la atmósfera no estaba aislado. -¡Aquí, sí!- expresó María.
Gregorio continuó diciendo que el razonamiento de Boyle había consistido en
explicar que lo que sostenía la altura del Mercurio ya no era el peso de la columna
de aire porque este estaba aislado de la atmósfera por el globo de cristal sellado
sino que el Mercurio estaba apoyado por la resistencia de las partículas de aire.
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-¡Miren que ya estamos hablando al mismo tiempo de presión y elasticidad!,
¡Vamos por buen camino!- fueron las expresiones de Pedro y Catalina.
Resulta que Boyle escribió un libro extenso que sobre porque él estaba convencido
que el aire tiene demasiados poderes de elasticidad. ¡Era muy elástico y por eso
podía ocupar mucho espacio¡- se le ocurrió a María. -¡Si ocupa espacio tiene
volumen!- dijo inmediatamente Catalina.
-¡Por ahí es!- prosiguió Gregorio….. Boyle escribió un libro muy extenso sobre el
aire en los que está la bomba de vacío. Ese libro fue publicado por la Universidad
de Oxford en el siglo XVII.
-¡Y adivinen qué!- dos amigos suyos, llamados Power y Towneley leyeron el libro y
establecieron la ecuación P1V1 = P2V2. -¡Le robaron la idea a Boyle!- comentó Pedro
con voz de tristeza y enseguida preguntó por qué en todas partes la gente habla de
la Ley de Boyle.
-Resulta que Power y Towneley dudaron en comunicar estos resultados mientras
que Boyle no y se fue a hablar a la academia científica inglesa, llamada la Royal
Society. Allí, diseño un tubo en forma de “J”.
-¿De qué”?- de “J”, enfatizó Gregorio.
Al final, Gregorio les ha caído muy bien a todos. Las cosas de Física
que explica son muy interesantes y a ellos les gustaría saber mucho más.
Una pregunta final: ¿Quién entonces inventó la Ley de Boyle? -concluyeron-.
La observación que Boyle notó con gran placer fue que
el volumen de aire había sido reducido a la mitad cuando el Mercurio se mantuvo en 19 pulgadas en el
brazo largo, esto quiere decir, cuando la presión del aire fue doblada. Así ilustró la relación inversamente
proporcional entre estas dos variables.
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Anexo H. Actividad 1, fase 3.
1. Diseñe una pregunta sobre una situación física propia de la cotidianidad que pueda
ser respondida a través del modelo – Ley de Boyle.
2. A partir de la pregunta formulada establezca las condiciones que se deben tener en
cuenta y aquellas que se desprecian, en el momento del estudio del fenómeno físico.
Justificar.
3. Representar de manera esquemática dicha situación física a la luz de las
conceptualizaciones realizadas sobre el modelo – Ley de Boyle. Incluir las propiedades
físicas claves para su representación. Justifíquelas.
4. A partir de las representaciones realizadas, las condiciones establecidas, formule
hipótesis haciendo uso de los conceptos claves de la ley para dar solución a la
pregunta que formuló.
5. Conseguir datos a través del simulador que permitan justificar, rechazar o modificar
las hipótesis que formularon en el punto 4.
6. Comunicar sus procesos a través de registros escritos.