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ESPACIO CURRICULAR QUÍMICA Modalidades: Humanidades y Ciencias Sociales; Cienc ias Naturales; Comunicación, Arte y Diseño; Economía y gestión de las Organizaciones. Lic. Carlos R. Espíndola

Lic. Osvaldo M. Cappannini

ÍNDICE

Presentación de la serie de documentos.............................................................. pág. 2

Contenidos de cada documento........................................................................... pág. 3

Herramientas metodológicas necesarias para el aprendizaje de la química....... pág. 5

a) Metodología científica......................................................................... pág. 5

b) Lectura y escritura en Química

Niveles de dificultad simbólica. El lenguaje en la química..................

pág. 7

c) Sistema u objeto de estudio. Sus fronteras........................................ pág. 9

d) Teorías y modelos............................................................................... pág. 10

La clasificación en Química................................................................ pág. 15

e) Articulación intra e interdisciplinaria con otras ramas de las

ciencias naturales. Relación Ciencia-Técnica-Sociedad (CTS).........

pág. 18

f) Propuesta didáctica de aplicación....................................................... pág. 19

g) Actividad para los docentes................................................................ pág. 20

h) Proceso de evaluación........................................................................ pág. 22

i) Consideraciones finales...................................................................... pág. 23

Bibliografía de lectura recomendada.................................................................... pág. 24

Referencias........................................................................................................... pág. 25

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Presentación de la serie de documentos Abordar los distintos fenómenos que podemos identificar en el mundo natural resulta muy complejo y requiere de una visión integrada que, lógicamente, puede obtenerse de la articulación interdisciplinaria entre todas las posibles ramas de las ciencias naturales.

Los conocimientos científicos construidos desde cada una de estas disciplinas y sus interrelaciones, forman parte de un bagaje cultural básico para la comprensión de los fenómenos de la naturaleza. Cada una de ellas aporta un enfoque de sesgo propio al análisis más amplio. Sin embargo, comparten herramientas de investigación, por lo cual su conocimiento y dominio resulta esencial para comprender el alcance de las descripciones y predicciones en cualquiera de los campos disciplinares involucrados.

En este contexto, los contenidos que se proponen en el ámbito de la química pretenden favorecer el logro de competencias científicas básicas que articulen conceptos, metodologías de trabajo y actitudes relacionadas con la producción de conocimientos en el campo de las ciencias naturales. Este papel formativo de la química se vincula con el desarrollo de capacidades de los estudiantes para interpretar, con modelos progresivamente más cercanos a los consensuados por la comunidad científica, los fenómenos químicos.

Dicho abordaje, dentro de un marco de visión constructivista respetuoso de los conocimientos previos de los estudiantes, implica lograr una articulación entre sus saberes y los que se pretende enseñar desde la escuela. El punto de partida requiere, por lo tanto, de la explicitación de modelos propuestos por los estudiantes y de aquellos aportados por la ciencia. En el trabajo posterior, se promueve una articulación entre ambas concepciones y el reconocimiento, por los jóvenes, de aquellas herramientas útiles en la interpretación del mundo natural, con sus aportes y limitaciones.

Este desarrollo de capacidades, que incluye la comprensión de conocimientos científicos fundamentales, apunta a la descripción de objetos o fenómenos naturales con un vocabulario preciso. Se pretende, no solamente introducir al estudiante en la formulación de hipótesis y selección de metodologías (para aplicar estrategias personales en la resolución de problemas) sino, además, discriminar entre información científica y de divulgación, mediante la elaboración de criterios razonados sobre cuestiones científicas y tecnológicas básicas consideradas como realización del conjunto humano.

Estos aspectos, de carácter formativo, tienen también un papel propedéutico en cuanto a la orientación y preparación para niveles educativos superiores. Además, los procedimientos y habilidades puestos en juego en los procesos de enseñanza y aprendizaje de la química, favorecen la adquisición de destrezas cognitivas apropiadas para el desempeño en el mundo del trabajo. En particular, la incorporación de capacidades analíticas y de resolución de problemas se constituyen en herramientas adecuadas para la participación crítica y activa en ámbitos que presentan una permanente transformación tecnológica.

En este marco, los propósitos a considerar para la enseñanza de la química incluyen: el aprendizaje de conceptos y la construcción de modelos; el desarrollo de destrezas cognitivas y del uso de herramientas metodológicas; el desarrollo de destrezas experimentales y de resolución de problemas vinculados a la vida cotidiana, sin dejar de lado el análisis del contexto social del cual forman parte; el desarrollo de actitudes y valores, tales como la tolerancia, el respeto, el trabajo en equipo y la valoración crítica del conocimiento; la construcción de una imagen de la ciencia como proceso de elaboración de modelos y teorías provisionales; y el análisis y valoración crítica de la aplicación de los resultados de la investigación científica y de las condiciones sociales de su producción.

De manera análoga a la necesaria coordinación entre las distintas vertientes disciplinarias del saber científico incluido en las ciencias naturales, se precisa una reconsideración de los aportes conceptuales dentro de cada disciplina (en este caso, de la química) para que lo incluido se mantenga, en tanto saber científico, como un conjunto ordenado, estructurado y con coherencia lógica.

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Además y específicamente en el área de la química, distintos momentos histórico-sociales con su visión característica de aspectos o situaciones problemáticas, se han preservado influyendo en el análisis cotidiano e intuitivo de las situaciones. Muchas veces, su presencia puede convertirse en obstáculo para lo propuesto desde la comunidad científica contemporánea por lo cual serán tenidos en cuenta a lo largo de estos documentos.

Para desarrollar esta propuesta se ha adoptado una modalidad de ordenamiento mediante tres ejes sistemáticos que se recorrerán, simultáneamente, a lo largo de cinco documentos.

El eje central será desarrollado mediante modelos que ayuden a visualizar o interpretar propiedades y transformaciones de la materia, yendo desde las características macroscópicas hacia una representación microscópica que permita la descripción y explicación de los fenómenos. Es decir, se propondrá un recorrido que parta desde el mundo de las percepciones, continúe en la construcción de modelos representativos de los sistemas a estudiar y culmine en la vuelta al mundo perceptible reinterpretado desde las representaciones generadas.

Este eje estará acompañado, aportando las herramientas necesarias en cada etapa, por otros dos ejes. Por un lado, el correspondiente a contenidos metodológicos necesarios para el aprendizaje de la química que se abordará en este primer documento. Por otro, el que se refiere al establecimiento del estado y evolución del sistema mediante nociones termodinámicas, que será expuesto y utilizado a partir del cuarto documento. Debe tenerse presente que estos documentos configuran una propuesta que no reemplaza a los textos sobre la disciplina Química sino que propone una mirada diferente de los temas expuestos en cualquiera de ellos.

Contenidos de cada documento

Documento 1: Herramientas metodológicas necesarias para el aprendizaje de la química

Este documento se concentra en las herramientas metodológicas, propias de la actividad científica, necesarias para el aprendizaje de la química. Considera, además, los diferentes niveles de dificultad que tiene dicho aprendizaje y ubica la utilización de herramientas metodológicas comunes a todas las ciencias naturales en el marco de la química.

Documento 2: La estructura de la materia

En este documento se inicia el estudio de los sistemas naturales partiendo desde el nivel macroscópico, en que se desenvuelve nuestro entorno, hacia la visión microscópica de esos sistemas, propia de la química. Es decir, se partirá de los estados de la materia para culminar en la teoría atómico-molecular. Se incluirán ejemplos de modelización, tanto macroscópica como microscópica, y clasificaciones, además de una descripción de las principales dificultades identificadas, desde la investigación en didáctica de las ciencias, relacionadas con estos temas.

Documento 3: Fenómenos de interacción atómica

A partir de las unidades discretas de materia diferenciada (los átomos) estudiadas en el documento anterior, se profundizará el análisis de su interacción, lo que llevará a identificar las distintas mínimas porciones de sustancias y a describir propiedades fisicoquímicas. Mediante los documentos segundo y tercero se configurará, entonces, la representación de la estructura microscópica con que se trabajará en los siguientes.

Documento 4: La energía en los sistemas naturales. La termodinámica necesaria

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Dado que el nivel fenomenológico se establece desde lo sensible (el ámbito macroscópico) y el nivel explicativo requiere de una visión microscópica donde se hacen necesarios los modelos, la termodinámica brindará, dado su carácter independiente de la representación usada en la descripción de los sistemas de interés, las herramientas necesarias para abordar la problemática, sirviendo de conexión entre la realidad y sus explicaciones científicas. Desde esta mirada, además, la energía y la entropía configurarán instrumentos transversales de análisis respecto del estado de los sistemas a estudiar y de su posible evolución. Se hará especial hincapié en la consideración de la energía en sistemas y procesos de la naturaleza y de la noción de espontaneidad fisicoquímica. Las herramientas aquí expuestas sustentarán gran parte de los análisis a desarrollar en el siguiente documento.

Documento 5: Transformaciones de la materia sin cambio en la naturaleza de las sustancias

El quinto documento se abocará a las transformaciones sin cambio en la naturaleza de las sustancias. En este documento, en particular, se plantearán distintas formas de interacción entre sustancias y, especialmente, el análisis de mezclas y disoluciones a partir de los modelos microscópicos que las describen y de las herramientas termodinámicas. Estas transformaciones resultan de especial interés, tanto en su condición estructural como por su función como aproximación a otras transformaciones. En este sentido, resulta importante conocer los esquemas de cuantificación asociados a estos sistemas complementado por el análisis termodinámico de los mismos.

La visión fenomenológica de las interacciones entre solvente y soluto (complementada por su análisis termodinámico) se expone aquí, en relación con las propiedades coligativas de las soluciones ideales y sus aplicaciones en sistemas ideales de uso tecnológico. Entre otros, se estudia cómo son los esquemas propios de sistemas como el de Hierro-Carbono.

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Herramientas metodológicas necesarias para el apren dizaje de la química

La química como disciplina puede definirse (según Chang, 1995) como “el estudio de los materiales que constituyen el universo y de los cambios que dichos materiales experimentan”. Esta definición tan amplia implica que la química se puede ubicar dentro de las ciencias que estudian la naturaleza, difiriendo de las restantes por el recorte que realiza de la realidad que le toca analizar. Sin embargo, sus diferencias con otras ciencias abarcan aspectos que se manifiestan, entre otras cosas, mediante las acciones que el químico utiliza para abordar su problemática. De esta forma, si bien mantiene puntos de contacto con la manera de actuar de las demás ciencias (sobre todo las naturales), utiliza algunas herramientas metodológicas que la caracterizan. En los apartados siguientes se expondrán tanto los puntos de contacto de la química con las demás ciencias de la naturaleza como sus características distintivas en cuanto a su metodología. a) Metodología científica

La presentación inicial sobre la ciencia, habitual en muchos textos y cursos sobre disciplinas científicas, suele describirla como un proceso de descubrimiento de leyes que la naturaleza esconde. Así, se comienza considerando que el conocimiento científico está basado en la aplicación rigurosa del método que incluye, necesariamente, la extracción de leyes o principios a partir de la observación. Esta imagen se completa, muchas veces, mediante la enunciación de pasos o etapas en que se desarrolla este método en un orden determinado.

Existen diferentes versiones en las que los pasos y el orden indicado suelen cambiar. Más allá de una somera identificación de los pasos señalados, estos temas no vuelven a ser considerados durante el resto del curso o texto. Muchas veces se los da por supuestos.

Pareciera que las herramientas asociadas al proceso de construcción de conocimientos científicos, estuvieran reservadas a la actividad de los trabajadores científicos pero no a la enseñanza de la disciplina.

Esta situación confluye con un cierto sentido común epistemológico que combina elementos del empirismo-inductivismo del siglo XIX con aspectos del neopositivismo lógico del siglo XX (Lombardi, 1998) aunque se pone de manifiesto de manera mucho más ingenua que las corrientes epistemológicas mencionadas. De acuerdo con esta perspectiva, la fuente de todo conocimiento está centrada en la observación imparcial de los hechos. Estos constituyen la base neutral de la ciencia. En esta representación, la actividad científica consiste en la aplicación sistemática de el método científico (asociada casi exclusivamente con el método inductivo) que permite generalizar, a partir de los datos observados, para generar leyes con posterioridad a su verificación empírica. A partir de ese momento y por vía deductiva, se producen las predicciones de fenómenos particulares. Desde esta perspectiva, las teorías científicas son concebidas como descriptivas del mundo tal como es en sí y, por lo tanto, esas leyes son descubiertas, no creadas o construidas. En consecuencia,

La ciencia se imagina, desde ese “sentido común epistemológico”, como objetiva, neutral e independiente de factores histórico-sociológicos; con una evolución lineal y acumulativa que progresa siempre hacia el descubrimiento de las teorías verdaderas.

En este marco, la historia de la ciencia se presenta desde un enfoque que impone al pasado los patrones del presente, evaluando la ciencia de otras épocas a la luz y con referencia al conocimiento y valores actuales.

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En realidad, los pasos indicados intentan resumir la actividad de los investigadores, aún cuando el modo de trabajar de los miembros de la comunidad científica resulte mucho más complejo. De acuerdo a concepciones epistemológicas actuales, el conocimiento científico se construye mediante un proceso de elaboración de teorías y modelos que intentan dar sentido a un campo de referencia experimental (Tiberghien, 1994). Además, se debe recordar su carácter dinámico y perecedero, evidenciando su provisionalidad e historicidad (Pozo y Gómez Crespo, 1998).

Es decir, debemos considerar que no existe “un” método, como receta de pasos a seguir. Se puede hablar de una metodología científica entendida como una forma de hacer las cosas, como una caja de herramientas donde cada una de ellas tiene una utilidad y el científico decide cuándo emplearlas. Una caja de la cual el científico va utilizando lo que precisa en el momento e instancia que él mismo define, sin poder definir a priori un orden estricto de uso para todas las problemáticas que estudie.

Del mismo modo en que una postura constructivista del aprendizaje hará hincapié en la consideración de los conocimientos previos asociados a los conceptos específicos de cada disciplina, se debe apuntar, durante todo el desarrollo de un curso, a la discusión de esta visión de sentido común epistemológico desde un abordaje coherente con una visión amplia de la actividad científica.

¿Qué tienen que ver estos conceptos metodológicos c on los contenidos específicos de la disciplina a enseñar?

A lo largo del presente documento explicitaremos las nociones metodológicas que son necesarias para aprender química. Nociones como sistema u objeto de estudio, teoría, modelo y lenguaje, entre otras, no solamente establecen una estructura de pensamiento que nos ayudará a comprender los conceptos de la química sino que, además, nos permitirán desarrollar una forma de actuar, de razonar, de resolver problemas y, fundamentalmente, de tomar decisiones. Estas nociones, por otra parte, también constituyen herramientas necesarias para el aprendizaje y utilización de cualquier otra ciencia natural.

La química, como forma de conocimiento, es parte de esa construcción que se denomina ciencia. Cuando hablamos de conocer nos referimos a una manera particular de describir, explicar y entender al mundo. Este tipo de conocimiento nos permite hacer predicciones. El progreso de la ciencia y la tecnología en los últimos trescientos años se ha basado en explicar y predecir fenómenos en la naturaleza mediante teorías que han resultado más o menos exitosas. La forma en que los científicos hacen esto es lo que se denomina metodología científica. Algunas de las herramientas con las que cuenta el científico en su quehacer son:

• Hipótesis: consiste en una afirmación sobre el universo o sobre un sistema determinado, que aún no ha sido sometida a evaluación.

• Observación: en general, consiste en captar la apariencia, cualidades o magnitudes del fenómeno u objeto estudiado.

En ciencia (como veremos más adelante) cuando observamos ya tenemos una teoría, un modelo y probablemente una hipótesis. No existe la observación pura sino que sabemos qué estamos mirando y qué esperamos que ocurra.

• Experimentación: consiste en provocar deliberadamente un fenómeno, en condiciones controladas. Reiterar un experimento modificando las condiciones una a una suele llamarse aislar las variables intervinientes.

Esta manera de proceder permite identificar si hay relación entre las variables que controlamos y la que observamos. La teoría que utilicemos es la que nos asegura que no hay otra variable, a la que no hayamos tenido en cuenta, pero que influye en el resultado. De todas maneras, como veremos más adelante, ninguna teoría es infalible.

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• Generalización: creer que la naturaleza se comporta de manera similar a un mecanismo nos lleva a pensar que podemos enunciar, tentativamente, reglas, principios o leyes que gobernarían el fenómeno que estamos estudiando y que valdrían para todas aquellas circunstancias en iguales condiciones que las que estamos investigando.

El mecanismo lógico del cual se obtiene una afirmación general a partir de un determinado número de observaciones particulares se denomina inducción. Por ejemplo, si este cuervo es negro, este otro también, y este y este, etc., entonces se puede pensar que todos los cuervos son negros. Sin embargo, este método tampoco es infalible ya que nunca estamos seguros de haber revisado todos los cuervos del universo. Y aun si lo hiciéramos, no tenemos certeza de que mañana no nacería un cuervo blanco (aunque fuera muy improbable). Por este motivo es que decimos que las teorías (que incluyen varias generalizaciones) no son infalibles.

• Ley: consiste en una afirmación general.

Como acabamos de decir, no se puede llegar a enunciar una ley desde la inducción. El proceso de generarlas resulta mucho más complejo y es parte de la tarea del científico, es decir, de cómo funciona la ciencia. Se considera que un conjunto de leyes forma la base o núcleo de un sistema teórico, también llamado programa de investigación o paradigma. Este conjunto de leyes, junto con ciertas hipótesis auxiliares, normas, campo de aplicación y valores conforman lo que denominamos teoría y que ampliaremos más adelante. Un tratamiento adecuado de estos y otros temas vinculados se puede encontrar en Chalmers (1991).

En esta lista, forzosamente incompleta, se deben incluir otras herramientas como lenguaje, teoría, modelo (de las que hablaremos más adelante), problema, variables, discusión, comunidad científica, etc. Al hablar de herramientas nos estamos refiriendo a aquellos instrumentos que sirven para hacer algo, que fueron diseñados para simplificar una acción determinada y facilitar así una tarea. El uso correcto de una herramienta permite desarrollar adecuadamente una acción. Su uso inadecuado la transforma en un estorbo. En química se precisa de un conjunto de herramientas metodológicas sin las cuales resulta difícil llevar adelante las acciones necesarias para resolver situaciones problemáticas o analizar procesos. Esto forma parte también de su aprendizaje.

b) Lectura y escritura en Química. Niveles de dific ultad simbólica. El lenguaje en la química

Los conceptos estudiados en esta disciplina son abstractos y resultan inexplicables sin el uso de analogías o de representaciones observables. Esta naturaleza compleja del conocimiento químico no siempre es tenida en cuenta en el momento de su enseñanza. La materia y sus transformaciones, objeto de estudio más general de la ciencia química, puede ser observada y estudiada macroscópicamente pero también puede ser descripta desde un nivel microscópico. Existe, además, una representación mediante el uso de símbolos, fórmulas y ecuaciones químicas, que configura, junto a las anteriores descripciones, un panorama complejo para quien pretende formarse en esta disciplina (Gabel, 1999). En este sentido,

La química comparte con las demás ciencias naturales este carácter complejo: su conocimiento implica el manejo avezado de un conjunto de representaciones abstractas, un lenguaje específico y riguroso y una manera de abordar el estudio de los objetos de interés que conlleva la incorporación adicional de contenidos diferentes a los conceptuales.

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Además, el conocimiento químico implica poder articular las observaciones realizadas en el mundo perceptible con inferencias acerca del mundo microscópico y con su representación mediante fórmulas y ecuaciones.

¿Cuáles son los obstáculos que se presentan en el a prendizaje de la química?

La barrera principal para entender la química, sin embargo, no resulta de la existencia de estas formas de representación de la materia (la macroscópica y la microscópica) sino que su enseñanza se realiza, predominantemente, en la forma más abstracta: la representación con símbolos químicos, fórmulas y ecuaciones químicas (Gabel, 1999). Esto resulta evidente al examinar cualquier texto introductorio de Química. Por ejemplo, consideremos el tratamiento que se hace del agua. Esta es analizada, desde una mirada macroscópica, en sus tres estados (identificando sus características) y sus transiciones de fase, por ejemplo, en diagramas P-V. Desde el modelo molecular, se describe la geometría de la molécula de agua y su importancia en las uniones químicas que posibilita. Desde su representación mediante símbolos químicos, también se la identifica a través de H2O o se la separa en H+ y (OH)-, de acuerdo al tipo de análisis a que se apunte. Debemos considerar que la mirada microscópica implica una abstracción mayor que la correspondiente a la macroscópica y el grado de abstracción crece aún más cuando nos situamos en esta última forma representativa, la simbólica. Lo corriente en la enseñanza de la química es pasar rápidamente a estas representaciones sin demasiada preocupación por la articulación con las otras maneras.

Tal como indica Johnstone (1991), aún cuando no se necesite lograr siempre una articulación entre las formas indicadas previamente durante la enseñanza, es importante que los docentes entiendan esta relación entre ellas, de manera de poder transmitirla a sus estudiantes y evitar así una visión fragmentada de la química.

Otra barrera importante está constituida por el vocabulario específico empleado. La utilización de determinados términos de uso coloquial similares a los utilizados en la química, pero de una notable diferencia de significados, suele producir altos niveles de confusión en los estudiantes. El cuidado sobre estos aspectos en la tarea del docente tiene que ver con el rigor terminológico exigido desde cualquier disciplina. Para ello, se debe explicitar claramente el significado de cada término empleado y discutir sus diferencias con su empleo cotidiano. En este sentido, debe enfatizarse este trabajo con los conceptos considerados centrales para la disciplina. Resumiendo, podemos considerar como barreras principales para entender química:

• la utilización, en su enseñanza, de abstracciones como símbolos, fórmulas y ecuaciones químicas;

• el vocabulario específico empleado;

• la articulación entre las representaciones macroscópica, microscópica y de símbolos, fórmulas y ecuaciones.

c) Sistema u objeto de estudio. Sus fronteras

La palabra sistema tiene un uso muy extendido en ciencias. Expresiones como “el trabajo realizado por un sistema...”, “sistema de coordenadas” o “sistema métrico” implican contenidos diferentes para un mismo término. Según el diccionario, la palabra sistema tiene tres acepciones:

1) combinación de partes reunidas para obtener un resultado, formar un conjunto o trabajar juntas en una relación regular, conjunto de objetos en un cierto orden e interdependencia que constituyen un todo organizado: sistema nervioso, sistema digestivo, sistema de cómputo, sistema solar, etc.

2) conjunto ordenado de ideas o teorías, conjunto de principios verdaderos (o falsos) de doctrina, conjunto de reglas o principios sobre una materia enlazados entre sí: sistema filosófico, sistema de gobierno, sistema de coordenadas, sistema de enseñanza de idiomas, etc.

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3) ordenamiento, modo de organización o método de clasificación fundado en ciertos caracteres, conjunto de unidades fijadas para poder expresar las medidas principales de manera sencilla y racional: sistema métrico, sistema internacional de medidas.

En química se utilizan las tres acepciones. La primer acepción nos conduce a la identificación del objeto sobre el cual se focaliza el análisis. Es el denominado sistema u objeto de estudio.

Por “sistema u objeto de estudio” se define la porción del universo que aislamos para estudiarla, que puede estar constituida a su vez, por una o más partes.

Se lo define estableciendo las fronteras que lo separan de lo que, de allí en adelante, se considerará como entorno. Esta identificación de las fronteras del sistema resulta de mucha importancia ya que las interacciones entre sistema y entorno se producen mediante ella y, por lo tanto, sus características determinan los cambios posibles en el estado del sistema considerado.

Otro uso habitual se refleja al identificar el

“sistema de referencia”, que está asociado al lugar donde está situado el observador.

Cada observador puede hacer una descripción diferente del objeto de interés vinculada al sistema de referencia elegido. La explicitación del sistema de referencia permite traducir y comparar las consideraciones y resultados de uno a otro observador. En algunos sistemas, y bajo las premisas de algunas teorías (la cuántica por ejemplo), la interacción entre sistema y observador no se puede despreciar.

Finalmente, también se utiliza la tercera acepción al definir el

“sistema de unidades”, que incluye las dimensiones a emplear para el registro de variables de nuestro sistema de estudio.

Tomado de la matemática, también se acude a los sistemas de coordenadas que, como todo elemento matemático, son objetos abstractos. Generalmente se utilizan los denominados sistemas cartesianos que se emplean para relacionar dos o tres variables. El sistema de coordenadas debe tener determinado un origen, dos o tres ejes (según si son dos o tres variables) perpendiculares entre sí y cada eje debe tener definidos un sentido y una escala.

Debido a la importancia metodológica que tiene la noción de sistema de estudio profundizaremos un tanto sobre ella.

Definir el “sistema u objeto de estudio” significa, en primer lugar, identificar claramente cuál es la parte del universo que nos interesa y asignarle fronteras.

Este proceso consiste en una separación imaginaria de una porción del universo que funcionará, a partir de allí, también como un universo. Este recurso nos permite comenzar por sistemas simples e ir hacia los más complejos. Al colocar fronteras (que pueden ser reales o imaginarias) podemos analizar las interacciones.

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Por interacciones nos referimos a las acciones que atraviesan las fronteras que hemos definido. Siempre hay dos acciones: una que “entra” a nuestro sistema (la que realiza el “entorno” sobre nuestro “sistema”) y otra que ”sale” de él (la que representa la que realiza nuestro “sistema” sobre el “entorno”).

Un sistema aislado no experimentará cambios en su estado. Si el sistema sufriera cambios, estos serán provenientes de acciones desde el exterior. Aquí vale la pena aclarar que, muchas veces (dependiendo del tipo de situación a analizar) se identifican modificaciones en el interior de algún objeto de estudio. Por ejemplo, si considero como objeto de estudio a la célula, podré identificar modificaciones en su interior. Sin embargo, si pretendo estudiar adecuadamente esos cambios debo redefinir mi objeto de estudio (por ejemplo, la membrana celular o alguna parte de su protoplasma o, quizá, el núcleo) para identificar claramente las acciones que motivan los cambios que, de esta manera, siempre se podrán considerar externas al sistema u objeto de estudio.

d) Teorías y modelos

La palabra teoría tiene, en el lenguaje cotidiano, más de una acepción. Muchas veces se la asocia a una opinión cercana a una hipótesis no verificada (“tiene la teoría de que...”). O se refiere a un marco de análisis desconocido pero que da pie a una opinión (“en teoría debería suceder tal cosa...”).

En el ámbito científico, una teoría se asocia a un sistema de leyes, principios y procedimientos coherentes entre sí.

A veces una teoría también incluye un conjunto de valores pero, en todos los casos, debe explicar por sí misma, un campo o dominio del universo.

Muchas teorías del campo de la química se comparten con la física, por ejemplo, la teoría de Bohr para átomos o la termodinámica. Otras son específicas del campo disciplinar, como la teoría ácido-base o la de campo ligando.

Cada una de ellas se ha gestado y evolucionado por el trabajo de un número muy grande de investigadores, en un proceso complejo y absolutamente distante de lo lineal. Las teorías son revisadas una y otra vez y, en muchos casos, reformuladas, mejoradas o desechadas, al compás del desarrollo de investigaciones. Desde el sentido común epistemológico se enuncia que las teorías son modificadas, muchas veces, por observaciones o experimentos cruciales. Vale la pena enfatizar (Chalmers, 1991) que las observaciones y los enunciados de ellas derivados, se hacen en el marco de alguna teoría y la propuesta de una actividad experimental también requiere de un marco teórico previo que le dé sustento.

Cada teoría representa una guía para la comunidad científica ya que indica qué observar, qué instrumentos utilizar o cuáles son los procedimientos adecuados para resolver un problema.

Según Chalmers (1991, pág. 5) “no hay ningún método que permita probar que las teorías científicas son verdaderas ni siquiera probablemente verdaderas... no hay tampoco ningún método que permita refutar de un modo concluyente las teorías científicas”.

Afirmábamos que la química implica una manera de ver el mundo respaldada en un conjunto de teorías. Los psicólogos nos dicen que, además, existen teorías personales, algunas de las cuales usamos sin ser conscientes de su existencia (las

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denominadas teorías-en-acción). Otras serán más elaboradas y tendrán que ver con el aprendizaje de la ciencia. Por ejemplo, decíamos que la observación es un proceso que requiere de alguna teoría que la sustente. Cuando decidimos observar algo, inicialmente nos guía alguna de nuestras teorías personales, de manera de determinar qué observar, a qué cosa prestarle atención. Una vez que la información llega a nuestros ojos, el cerebro la procesa. En este procesamiento también utilizamos nuestras teorías. Es decir,

Las observaciones no son puras, no todos interpretamos lo mismo cuando contamos con los mismos datos.

Un médico, por ejemplo, no ve lo mismo de una placa radiográfica que lo que podemos ver nosotros. Ha sido entrenado (desde algún marco teórico) para observar determinados datos existentes en la placa y a relacionarlos con otros conocimientos. Algo equivalente sucede con un arquitecto cuando analiza un plano: puede apreciar espacios tridimensionales o imaginar posibles funcionamientos de los ambientes definidos en el esquema porque ha sido entrenado para ello desde algún marco teórico.

En estos últimos ejemplos estamos vinculando el análisis de una realidad, desde algún marco teórico, mediante el trabajo sobre una representación de la misma (la placa radiográfica en el caso del médico y el plano para el arquitecto). Esto nos lleva a otra herramienta del trabajo científico aunque no exclusiva de él: los modelos.

¿Qué son los modelos?

Debemos recordar que una teoría científica incluida en una disciplina como la química consiste en un conjunto de enunciados articulados deductivamente, de modo tal que pueden ser derivados lógicamente, con la ayuda de enunciados singulares (las condiciones iniciales), a partir de ciertos enunciados adoptados sin demostración, las hipótesis de partida. Estas últimas identifican a la teoría y permiten deducir las denominadas consecuencias observacionales que consisten en enunciados cuyo testeo empírico se utiliza, muchas veces, para contrastar la teoría en cuestión.

El sistema real, sobre el cual se pretende utilizar la teoría, implica una gran cantidad de factores a tener en cuenta. Resulta, entonces, demasiado complejo considerarlos a todos ya que, en algunos casos, se hace difícil su identificación y, en otros, resultan irrelevantes desde la mirada determinada por las hipótesis de partida de la teoría que pretendemos utilizar. Por esta razón,

En la actividad científica se trabaja con sistemas simplificados e idealizados, entidades abstractas en las cuales se consideran como variables sólo los factores relevantes dentro del marco de la teoría que se utilizará. Tales sistemas abstractos son los que suelen denominarse modelos.

Es decir, estos modelos son construidos conjugando aquellos factores que la teoría a utilizar considera relevantes para el análisis adecuado de un sistema u objeto de estudio. Por lo tanto, el referente directo de una teoría científica no es el sistema real que se pretende estudiar sino el modelo que lo representa en el marco de la teoría a utilizar.

Decimos, entonces, que un modelo representa al objeto de estudio. Incluirá las características que nos interesan considerar para la resolución del problema que enfrentamos y que resultan coherentes con nuestro marco teórico. Es razonable comenzar la tarea utilizando el modelo más sencillo posible y, una vez que logremos resolver la situación que nos ocupa y nos familiaricemos con él, emplear otros modelos más elaborados de manera de obtener resultados cada vez más precisos.

Los modelos, ¿son exclusivos de la actividad cientí fica?

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En nuestra vida cotidiana también hemos desarrollado muchas representaciones que nos ayudan a conducirnos. Si llegamos a una ciudad desconocida, podemos perdernos si no tenemos una representación de la disposición de sus calles. Si conocemos el idioma de sus habitantes, podemos preguntar y apoyarnos en sus conocimientos. Si no hablamos la lengua local nos quedan dos alternativas: recorrer, inicialmente, pequeñas distancias que serán cada vez mayores, en distintas direcciones o comprar un mapa.

Un mapa es un modelo (de la ciudad, por ejemplo) elaborado por el trabajo sistemático de un equipo de personas.

Con el mapa, podemos intentar hacer coincidir los detalles geográficos indicados con las imágenes que vamos registrando de la ciudad. En nuestras mentes también guardamos representaciones de las ciudades que conocemos. En cada caso, registramos detalles que resultan importantes y despreciamos otros que suponemos no son tan útiles. Es decir, incluimos factores en nuestro modelo no sólo teniendo en cuenta nuestro recuerdo (las teorías propias que podemos necesitar) sino también la situación específica que debemos resolver.

Nuestro contacto habitual con los sistemas materiales se produce mediante nuestras percepciones. Nuestra vida cotidiana nos obliga a identificar cada objeto que nos rodea mediante variables registrables desde nuestra percepción. Caracterizamos nuestro entorno a través de características macroscópicas, es decir, construimos modelos macroscópicos del mundo que nos rodea. Ante cada situación, ante cada fenómeno, acudimos al conjunto de representaciones que hemos ido generando durante la interacción con nuestro entorno de manera de actuar sobre él para vivir. Nuestros modelos nos permiten identificar situaciones, evaluarlas y tomar decisiones.

Se espera que, cuanto más apropiadas sean nuestras representaciones de la realidad, más adecuadas serán nuestras decisiones.

Y en Química, ¿qué modelos se utilizan?

En esta disciplina pretendemos analizar a la materia y sus transformaciones. El modelo del que debemos partir para conjugar con nuestra vida cotidiana es el asociado a nuestra percepción: el macroscópico. Sin embargo, si pretendemos una explicación más adecuada de las transformaciones que puede sufrir la materia a nuestro alrededor, necesitamos de un conjunto de modelos más elaborados que los provenientes solamente de nuestra percepción. Debemos generar representaciones que nos introduzcan en la estructura microscópica de los objetos.

Los modelos de la química son representaciones de la estructura microscópica de la materia. Todo el trabajo explicativo de la química se realiza en esa representación.

Sin embargo, no puede quedarse en ella porque no debemos olvidarnos que es sólo una representación (y no la realidad) que nos permite estudiar, desde el marco teórico de la química, las situaciones que pretendemos analizar. Cada una de las conclusiones resultantes de la conjunción de teorías y modelos microscópicos de la química debe resultar coherente con las percepciones con las que iniciamos nuestro análisis. Es decir,

Nuestro recorrido debe ir de los modelos generados desde nuestra percepción a los microscópicos y nuevamente a lo macroscópico.

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Y el “modelo matemático” ¿qué es?

Frecuentemente, científicos y docentes (sobre todo de Química y Física) utilizamos la palabra modelo con más de un significado, de manera tal que al sentido de representación que vimos anteriormente se le adosa el de “modelo matemático”.

En ciencias como la matemática, la palabra “modelo” está asociada a la noción de sistema axiomático, que es un conjunto de fórmulas o cuasi-enunciados relacionados deductivamente entre sí de acuerdo con un sistema lógico subyacente.

Dicha noción resulta central en la actual concepción de dicha ciencia. Estos sistemas carecen de propiedades semánticas debido a su carácter puramente formal (Lombardi, 1998).

Si al conjunto de enunciados que constituye una teoría científica de ciencias como la química, la física o la biología, se la despoja de su contenido semántico resultará un sistema axiomático. Suele suceder que esos enunciados estén constituidos por términos y operaciones provenientes de la matemática, es decir, el sistema axiomático se presenta como una estructura cuyos axiomas son ecuaciones. Esta estructura sintáctica es lo que suele denominarse “modelo matemático” haciendo un uso de la palabra “modelo” que no coincide ni con su significado en ciencias formales (como la matemática) ni con su sentido en las ciencias como la física o la química (asociado a una representación del objeto de estudio). Estos “modelos matemáticos”, a su vez, corresponden a alguna teoría matemática ya que incluyen términos y formas de inferencia pertenecientes a tal teoría. Por esta razón,

Muchas veces se extiende la denominación de “modelo matemático” de una teoría (en disciplinas como la física o la química) a la teoría matemática asociada a tal modelo.

Más aún, se identifica incluso la teoría de la física o la química, con el modelo matemático a ella asociado. Por ejemplo, se reduce la teoría cuántica a los métodos de resolución de la ecuación de Schröedinger y sus resultados.

En resumen, al hablar de modelo resulta indispensable distinguir:

1) el sistema real, cuyo estudio es objetivo de nuestro trabajo,

2) el modelo definido desde las ciencias como la física, la química o la biología, que es una abstracción representativa del objeto de estudio mediante características que se han seleccionado y

3) el modelo matemático, que constituye una estructura puramente sintáctica y que requiere de una interpretación en términos de alguna teoría fáctica.

¿Cómo se construye un modelo?

Volviendo a nuestra definición de modelo en ciencias como la química, la física o la biología, podemos indicar algunas operaciones involucradas en su construcción como abstracción representativa del sistema real bajo estudio. Por un lado,

• se intenta limitar el número de variables utilizadas en la descripción del sistema real y de las relaciones establecidas entre ellas.

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Por ejemplo, se ignoran ciertos factores del objeto de estudio considerados irrelevantes de acuerdo con las hipótesis iniciales de la teoría (el tamaño de las entidades iónicas que interactúan en una disolución acuosa) o se desprecian ciertos factores frente a otros en el análisis del fenómeno considerado (como el efecto de la sobretensión de descarga del ion hidrógeno cuando se realiza el análisis de las reacciones simples de óxido-reducción).

Además,

• suelen representarse ciertos elementos del sistema real por medio de entidades abstractas, generalmente matemáticas o geométricas.

Esto permite simplificar la descripción del fenómeno considerado (por ejemplo, la postulación de masas puntuales, planos infinitos, esferas interactuando elásticamente, etc.). También suele postularse la existencia de una estructura interna del sistema, definiendo los elementos que la componen y las relaciones entre los mismos; por ejemplo, durante el estudio de las propiedades de los gases mediante la Teoría Cinética.

La clasificación en Química

La clasificación consiste en el agrupamiento de objetos en clases sobre la base de atributos que poseen en común o de sus relaciones (Mengascini y Menegaz, 2004). Clasificar es una actividad cognitiva que permite la generación de nuevos conocimientos. La cognición involucra, entre otras cosas, la recepción, selección y organización de información a partir de la cual se construyen representaciones de la realidad, es decir, modelos.

La información es seleccionada y simplificada teniendo en cuenta lo que ya se sabe. El primer intento de entender lo que se ve es encuadrar la experiencia en un sistema previo de categorías. Este sistema de categorías permite cribar e identificar la información recibida. Se comporta como marco conceptual que, por un lado, da sentido y, por otro, condiciona la mirada, es decir, recorta, excluye. Su influencia es tal que el primer movimiento frente a la incongruencia entre observación y marco de referencia tiende a salvarse intentando modificar enunciados observacionales. La clasificación no es solamente un modo de ordenar sino una guía que permite generar preguntas nuevas. El químico sueco Berzelius sugirió, en 1807, que ciertas sustancias que eran productos característicos de organismos se llamasen orgánicas y las del medio no-viviente inorgánicas. Si bien ya Hipócrates, cerca de dos mil años antes, había sugerido que ambos tipos de materiales se encontraban regidos por las mismas leyes, a comienzos del siglo XVIII los químicos aún sostenían que los métodos de laboratorio no servían para las sustancias orgánicas de naturaleza más compleja. Luego de veinte años, con la síntesis de urea realizada por Friedrich Wöhler en 1828, se logró romper con la idea de que la síntesis orgánica no era posible.

¿Cuáles son los criterios para generar y validar cl asificaciones?

Se entiende que las clasificaciones (Mengascini y Menegaz, 2004):

• deben ser estables. La nueva información no debe modificar drásticamente la estructura general.

• deben ser robustas, no modificarse por el agregado de nuevas entidades a los grupos establecidos.

• deben ser predictivas. Una propiedad conocida para la mayoría se garantiza presente, con alta probabilidad, en entidades no examinadas.

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Algunas veces, se incluye en ellas la posibilidad de una serie ordenada. De esta manera, de acuerdo a un criterio apropiado, se puede predecir la existencia de grupos que la completen. Se debe recordar, en este sentido, la construcción de la tabla de propiedades periódicas de los elementos hecha por Mendeleiev en 1869.

¿Para qué se utilizan las clasificaciones?

Uno de los modos de estructurar y transmitir conocimiento en el campo disciplinar es aquel que lo organiza en clasificaciones. La generación de categorías y las reglas que las vinculan constituyen parte del lenguaje disciplinar. Sin embargo, seleccionar unos ordenamientos como más apropiados que otros depende de su finalidad.

Una clasificación no es mejor o peor en sí misma sino porque resuelve más adecuadamente el problema que intenta solucionar.

El objetivo de abarcar lo diverso inscribiendo lo cognoscible en un ordenamiento permite partir de dos supuestos: el orden existe por sí mismo, es natural y se evidencia en las discontinuidades, o el orden es artificial y las categorizaciones son constructos hechos por el hombre (Mengascini y Menegaz, 2004).

Considerando una base ontológica, la producción de conocimiento desde sus orígenes en el campo de las ciencias naturales y, en especial, los antecedentes de lo que constituye hoy el saber químico, se realizó mediante clasificaciones arraigadas en el paradigma naturalista. El mismo comprendía a la labor científica como un gran proyecto de descripción de la naturaleza. Dentro de este marco la labor de los científicos consistía en aproximarse al objeto de estudio disciplinar para descubrirlo, observarlo. La manera como Louis Pasteur en 1848, logró la separación, cristal a cristal, del ácido racémico en formas isoméricas del tartrato de sodio y amonio, de acuerdo a su actividad óptica ilustra una metodología clasificatoria coherente con esta actitud descriptiva de la naturaleza.

La clasificación constituye un tipo de actividad de particular importancia en el área de las ciencias naturales y que, específicamente en la química, es habitualmente sobreentendida. Sin embargo resulta de singular relevancia ya que es uno de los factores que ha influido en el desarrollo disciplinar. Un escaso análisis de este aspecto deriva en crecientes dificultades para aquellos que se inician en su estudio.

Es habitual en contextos educativos, desde la formación inicial a la superior y en diferentes disciplinas, que el conocimiento científico sea tratado a partir de la presentación de clasificaciones. Aunque los ordenamientos posibles para un determinado conjunto de objetos son numerosos,

En el área de la química generalmente se emplea en cada tópico un solo ordenamiento que se acepta sin demasiadas discrepancias.

Así se dividen los elementos en metales, no metales y metaloides. O bien las sustancias, por su acción sobre otras, en ácidas, bases o sales. O por su carácter oxidante o reductor, o bien en polímeros y monómeros, o por sus propiedades funcionales (hidrocarburos, alcoholes, aldehidos, cetonas, etc.).

Frecuentemente, diversos textos abordan contenidos surgidos de diferentes clasificaciones que se basan en diferentes criterios, con distintas finalidades y enfoques de estudio. Sin embargo los criterios utilizados para armar las categorías generalmente no se hacen explícitos y los objetivos de la clasificación no suelen discutirse.

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Esto convierte a cada clasificación como el único saber, dando lugar muchas veces, a incoherencias en la predicción.

Por ejemplo, la presentación de Mendeleiev para las propiedades periódicas de los elementos en su tabla, de gran poder predictivo, no establece sin embargo un buen criterio respecto de la espontaneidad de algunos elementos para perder sus electrones de valencia. Este tipo de análisis requiere un enfoque distinto, como surgiría de una clasificación de acuerdo con energías de ionización. Una evidencia en este sentido la configura el átomo del elemento sodio. Este no pierde un electrón por su ubicación a la izquierda de la tabla periódica sino que debe suministrársele unos 500 kJ/mol para forzar esa pérdida, transformándolo en ion (Mortimer, 1994).

Otro ejemplo de clasificación no coherente es la del fenol con una estructura semejante a un alcohol. Se lo nombra con desinencia de los alcoholes, aunque antiguamente se lo designaba como ácido fénico, dado su comportamiento químico de tipo ácido.

La utilización de las clasificaciones presenta, así, diferentes valores:

• ser una herramienta en la producción de conocimientos y

• constituir una estructura organizadora para la transmisión de la información.

La generación de clasificaciones basada en la definición de categorías y en el establecimiento de relaciones entre ellas es una actividad que se efectiviza en la construcción de nuevo conocimiento, tanto en el ámbito de las ciencias naturales como fuera de ellas. También, el conocimiento científico abordado en todos los niveles educativos se organiza mediante clasificaciones.

A menudo, los esquemas clasificatorios que expresan un modo particular de ordenamiento del conocimiento son considerados como contenidos conceptuales, siendo objetos de enseñanza en sí mismos. Así, el planteamiento en general de reacciones entre ácidos y bases, para la formación de compuestos salinos, puede llevar a los estudiantes a considerar tanto la existencia de una sustancia salina molecular en el agua (o bien en estado sólido) como suponer la obtención de compuestos salinos de dudosa posibilidad de existencia, distanciándose del valor que tiene ese saber para las ciencias naturales.

¿Qué dificultades podemos encontrar con clasificaci ones al enseñar química?

En los procesos de enseñanza y aprendizaje de la química se pueden encontrar distintas dificultades vinculadas a las clasificaciones:

• la conceptualización de clasificaciones como completas, sin ver su carácter parcial y arbitrario.

Así, la consideración de estructuras químicas naturales como objeto exclusivo de estudio de la química, no permitiría el desarrollo de estructuras generadas artificialmente, como los nanotubos de carbono de actual aplicación en el campo de la Nanotecnología (Garritz, 2001).

• la consideración de las categorías como entidades que existen, en lugar de tomarlas como un constructo.

Por ejemplo, la generalización del uso de orbitales calculados para el átomo de hidrógeno a los distintos elementos de la tabla periódica resulta muy útil en algunos aspectos pero no debe dejarse de lado lo arbitrario de esa consideración.

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Un ejemplo habitual en este sentido está en la misma tabla periódica de elementos. Probablemente la organización de la tabla dé al alumno y a la alumna una imagen de la química como ciencia exacta y no natural, donde los elementos son colocados en casilleros predeterminados y fuertemente influido por su carácter predictivo. Sin embargo, en su análisis inmediato posterior debe comenzar a corregirse con las distintas salvedades que se realizan sobre ella, generando en muchos casos el desconcierto en los estudiantes que, hasta ese momento, tenían la impresión de que todo estaba exactamente en su sitio.

Otra práctica frecuente es la confusión entre dos procedimientos: el de ubicar una entidad dentro de una clasificación preexistente (determinar) y el de generar clasificaciones (clasificar). Si bien las clasificaciones ya están preestablecidas en la enseñanza de la química, existen casos como el ya comentado del ácido fénico o el del cloruro mercurioso (una sal de dos iones con una sola carga, similar al cloruro de sodio pero con una condición de dímero) que muestran cómo el introducir elementos en una clasificación de acuerdo a ciertos parámetros, debe ser luego reanalizado y explicado como anomalía.

e) Articulación intra e interdisciplinaria con otra s ramas de las ciencias naturales. Relación Ciencia-Técnica-Sociedad (CTS)

La complejidad de la química tiene implicancias importantes en su enseñanza. Dicha complejidad se manifiesta tanto en sus conceptos centrales como en las herramientas metodológicas necesarias para la aplicación de dichos conceptos. En el afán por simplificar su enseñanza, se la suele subdividir en bloques temáticos sin tener en cuenta la necesaria integración conceptual y metodológica. Así,

La imagen resultante en los estudiantes es la de compartimentos estancos con poca relación entre ellos y que conforman un cúmulo de conocimientos difíciles de articular entre sí.

Esto se traduce, habitualmente, en un aprendizaje memorístico que no ayuda a la comprensión de la disciplina e impide, además, la integración con temas necesarios provenientes de otras disciplinas.

La conexión entre la química y las restantes ciencias, sobre todo las de la naturaleza (la física y la biología, por ejemplo) depende, en gran medida, de un adecuado abordaje, durante los cursos dedicados a estas disciplinas, de las herramientas metodológicas utilizadas en el marco de la actividad científica.

La unidad de estas disciplinas no se debe plantear desde una visión reduccionista.

Por ejemplo, considerar a la biología como reducible a la física y la química y esta última también reducible a la física. Desde esta perspectiva pareciera que lo único que el estudiante debiera incorporar es la física. Cabe recordar que, si bien estas disciplinas tienen muchas cosas en común, también poseen miradas diferentes de la naturaleza.

Estas miradas se presentan como complementarias en la descripción y comprensión del mundo natural.

Sus puntos comunes y sus diferencias deben explicitarse desde el marco planteado por la necesidad de interpretar el mundo natural, de manera de mostrarlas ante los

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ojos de los estudiantes como un intento de simplificar la tarea pero sin olvidar que la reunión de las mismas no abarca la totalidad de lo estudiado.

En las últimas décadas se ha intentado, mediante una aproximación a problemáticas vinculadas al desarrollo tecnológico o a situaciones de trascendencia social, impulsar una interrelación de temas dentro de las disciplinas de la naturaleza o entre ellas. Si bien se ha logrado en los alumnos y alumnas, mediante este planteo, algún avance en el análisis de datos, puesta a prueba de hipótesis, desarrollo de la creatividad y de actitudes positivas hacia la ciencia, no se ha evidenciado un avance significativo en cuanto a la incorporación de conceptos o procedimientos generales de la actividad científica y tampoco de las disciplinas específicas que se puedan haber incluido (Gabel, 2003).

Un buen elemento que ayuda a comprender la interrelación entre las disciplinas se encuentra en el uso de la historia de la ciencia. El análisis de los procesos de desarrollo científico, tecnológico y social sucedidos durante los siglos XIX y XX, por ejemplo, permitirían mostrar la constitución de disciplinas como la química, la física y la biología en su característica actual, esclareciendo su vinculación con lo realizado previamente y remarcar así sus puntos en común y sus diferencias.

f) Propuesta didáctica de aplicación

Propuesta de trabajo basado en Dumrauf y Espíndola (2002) que describe una experiencia de aula destinada al abordaje de conceptos, procedimientos y actitudes vinculados a la metodología científica.

Incluye la predicción, por parte de los alumnos y alumnas, acerca del movimiento del dispositivo cuando se “apoyara sobre el escritorio”, la discusión acerca de su comportamiento anómalo (con relación a lo esperado para un “huevo”), la formulación de sus modelos explicativos y la argumentación a favor de alguno de los modelos presentados.

La tarea propuesta implica la utilización de dos clases (de 80 minutos cada una). En cada clase se pueden identificar diferentes momentos de trabajo.

Objetivos de la propuesta:

- Facilitar la explicitación de conocimientos previos conceptuales y actitudinales de los estudiantes sobre metodología científica para valorarlos como conocimientos de partida.

- Generar la necesidad de consensuar un lenguaje.

- Estimular la discusión entre alumnos y entre alumnos y el profesor, propiciando la explicitación y confrontación de opiniones, en un clima de respeto y trabajo conjunto.

- Mostrar que cada estudiante puede ser protagonista en el planteo y análisis de problemas.

La propuesta está centrada en un dispositivo (denominado “El Huevo Loco”) construido de poliuretano expandido, con forma de huevo, de un tamaño de aproximadamente 20 cm de largo y 10 cm en su parte más ancha. Este lleva incrustado un trozo de plomo en uno de sus vértices, de manera que el equilibrio se logra con el dispositivo apoyado sobre ese extremo.

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- Mostrar la ciencia como proceso y como producto de la actividad humana, no como saber acabado y único.

- Establecer las herramientas metodológicas utilizadas por la ciencia en su actividad habitual.

Desarrollo de la experiencia didáctica

- Primera clase.

1- Primer momento:

Presentación de “El Huevo Loco”:

El docente presenta el elemento didáctico, con forma de huevo, mostrándolo, permitiendo sólo el contacto visual con el mismo.

Respuesta individual y escrita de cada estudiante a las siguientes preguntas:

”¿Qué objeto ha mostrado el docente?”

“¿Qué piensas que sucederá cuando lo deje sobre el escritorio?”

2- Segundo momento:

Realización de la experiencia:

El docente coloca “El Huevo Loco” sobre el escritorio para liberarlo desde tres posiciones diferentes. Se propone al alumnado que observe lo que sucederá.

3- Tercer momento:

Se solicita a los alumnos que respondan individualmente y por escrito a las siguientes cuestiones:

“¿Qué pasó cuando se liberó el objeto?”.

“¿Sucedió lo que habías pensado o algo diferente?”.

“¿Por qué crees que sucedió eso?”.

Las respuestas obtenidas deben clasificarse para ser utilizadas durante la segunda clase.

- Segunda clase

1- Primer momento:

El docente presenta al alumnado un póster donde se esquematizan las categorías surgidas de las respuestas de los estudiantes en la clase anterior.

2- Segundo momento:

Se desarrolla una discusión, coordinada por el docente, quien orienta el reconocimiento de los diferentes aspectos que surgen de las respuestas de los estudiantes. Es decir, se pretende reconocer, entre otras cosas, el objeto de estudio, las fronteras que lo separan del entorno, los diferentes modelos planteados por los alumnos y alumnas, las distintas hipótesis presentes en sus respuestas, la necesidad de la experimentación y los factores que influyen en la determinación de un problema (ej.: conocimientos previos y teorías vigentes).

g) Actividad para los docentes

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La propuesta tiene como base el artículo de Juan M. Campanario titulado “¿Qué puede hacer un profesor como tú o un alumno como el tuyo con un libro de texto como este? Una relación de actividades poco convencionales” (Campanario, 2001) y apunta a realizar un análisis de textos en relación con los temas incluidos en este documento. En el artículo citado, las actividades plateadas se orientan fundamentalmente al uso de los libros de texto en el proceso de instrucción y no tanto en la evaluación y análisis de los mismos en función de realizar una selección.

Aquí se han elegido algunas de las actividades incluidas en el artículo, referidas a contenidos desarrollados en este documento y que pueden ser realizadas por los docentes solos o en conjunto con los alumnos y alumnas en el marco de alguna actividad de aula:

a) Identificar visiones inadecuadas o tradicionales sobre la ciencia.

Existe amplia evidencia de la existencia de ideas equivocadas sobre la ciencia, tanto en alumnos como en docentes. Por ejemplo, aquellas referidas a cómo se construye, cómo evoluciona y cómo se articula el conocimiento científico. Con las ideas que se presentan en los libros de texto sucede, muy a menudo, algo similar. Generalmente, en los primeros capítulos de los textos de química se incluyen descripciones de la metodología científica que permiten ubicarse respecto de las concepciones epistemológicas del o los autores. Otras veces, esta información se encuentra dispersa por el texto y se debe realizar una búsqueda más detallada a fin de establecer la visión del o los autores en cuanto a estos temas.

Esta actividad puede organizarse en torno de las siguientes preguntas:

1. ¿Cuál es la descripción que se hace de la metodología utilizada en el trabajo científico?

2. ¿Qué herramientas de metodología científica se citan?

3. ¿Cómo se traslada lo anterior a los diferentes capítulos del texto?

4. ¿Cómo se relaciona con lo expuesto en este documento?

b) Desmitificar las visiones que se transmiten acerca de los científicos.

Los libros de texto de química suelen incluir algunas referencias biográficas de científicos célebres en las que se los tiende a presentar como seres, en cierta medida, superiores a los demás y con capacidades intelectuales fuera de lo común. Resulta muy habitual que, incluso, se escondan aspectos desagradables de sus biografías como sus luchas por obtener la prioridad de algún desarrollo, la resistencia a aceptar nuevas ideas o hechos relacionados con su vida personal (Campanario, 2001). De esta manera, se refuerza en docentes, alumnos y alumnas la idea de que aquellos dedicados a la producción de conocimiento científico llevan adelante su actividad en entornos absolutamente distantes de la vida de cualquier persona. En realidad, como en cualquier actividad, las rencillas personales y las maniobras para obtener pequeños espacios de poder son comunes en ámbitos donde, desde una postura ingenua, se supone asociado a una búsqueda desinteresada del conocimiento y la verdad.

Esta actividad puede organizarse en torno de las siguientes preguntas:

1. ¿Se incluyen en el texto datos biográficos de científicos? ¿Cuáles?

2. ¿Indican la situación social que enmarca la tarea del científico?

3. ¿Qué tipo de información reflejan los datos incluidos? ¿Qué relación tiene con los contenidos expuestos en cada capítulo?

c) Buscar la teoría que está detrás de cada dato experimental.

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Es muy frecuente encontrar, en los textos, expresiones tales como “del contraste entre teoría y experimento se deduce...” o que “existe un desajuste entre la teoría y los resultados experimentales”. De alguna manera, estas frases inducen a pensar que los datos experimentales existen como una entidad autónoma, independiente de las teorías o del procedimiento experimental utilizado en su obtención evidenciando, además, la postura epistemológica del o los autores del texto. Esta actividad implica rastrear en el texto el método (y, en lo posible, la o las teorías que lo respaldan) utilizado para la obtención de los datos experimentales citados.

Una vez seleccionado un dato experimental, por ejemplo la temperatura de fusión del hielo (0 ºC), analizar:

1. ¿Cómo se obtiene ese dato?

2. ¿Qué instrumentos se utilizan en su medición?

3. La medición, ¿es directa o indirecta?

4. ¿Cuál es el marco teórico en el que se realiza la determinación? ¿Qué modelos se están utilizando? ¿Cuáles son las principales hipótesis?

5. ¿Cuál es el contexto de medida (¿qué precauciones se deben tener? ¿qué errores se consideran? ¿qué precisión tienen las mediciones?, etc.)? ¿Qué relación tiene con el marco teórico identificado previamente?

d) Analizar los niveles de generalidad de las explicaciones y modelos científicos.

En muchas explicaciones encontradas en libros de texto de química, se mezclan magnitudes y variables observables (es decir, macroscópicas) con magnitudes y variables correspondientes al modelo microscópico que, en el marco de alguna teoría, se utiliza para el desarrollo del tema. Resulta importante que el docente tenga una visión muy clara acerca de los alcances de cada explicación basada en algún modelo ya que él es el que está encargado de transmitir al alumno y alumna el contexto de utilidad de dichos modelos y de las teorías que los respaldan.

Seleccionado un tema (por ejemplo, disoluciones), evaluar las siguientes cuestiones:

1. ¿Se hace una descripción macroscópica?

2. ¿Se utilizan propiedades fenomenológicas? ¿Y herramientas termodinámicas?

3. ¿Qué modelos microscópicos se utilizan? ¿Qué marco teórico se utiliza?

4. ¿Cuál es la correlación con la descripción macroscópica?

5. ¿Se discuten disoluciones diferentes a la de sólido en líquido? ¿Cómo? ¿Qué modelos se proponen? ¿En qué marco teórico?

6. ¿Está clara la traducción de la situación a símbolos, fórmulas o ecuaciones químicas?

Todas las actividades previas pueden también seguir las indicaciones señaladas, mediante ejemplos, en el artículo citado de J. M. Campanario (2001).

h) Proceso de evaluación

El presente documento sugiere abordar la evaluación de los contenidos aquí incluidos en dos planos.

Por un lado, se propone que al cabo de cada uno de los cuatro documentos restantes de esta serie, se identifiquen y diferencien las diferentes herramientas metodológicas allí incluidas. Por ejemplo, los modelos y teorías planteadas, su relación epistemológica con lo visto en los documentos previos; las ventajas y dificultades que estimen poder encontrar en una transposición didáctica al aula o bien, de no ser posible esta transferencia, de qué manera tales herramientas metodológicas deberían tenerse en cuenta para no generar incongruencias o

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dificultades que puedan afectar el desenvolvimiento de los núcleos temáticos propuestos en cada parte de un curso de química.

Por otro lado, una vez resuelta la transposición didáctica al aula, en cada uno de los temas desarrollados debería evaluarse la utilización explícita de las herramientas metodológicas empleadas durante su desarrollo, tanto durante la presentación teórica como en la resolución de situaciones problemáticas. Es decir, solicitar a los estudiantes, en cada actividad, la explicitación y alcance de cada una de las herramientas metodológicas presentadas en este documento (teoría, modelos, hipótesis, sistemas de referencia y de coordenadas, lenguaje).

Los ejercicios posibles, en este sentido, pueden resultar muy variados. Desde el análisis del uso de herramientas metodológicas en el manejo de situaciones sociales problemáticas (como las de contaminación ambiental, por ejemplo) hasta su utilización en la relación entre ciencia y sociedad mediante temas de divulgación científica.

i) Consideraciones finales

El desarrollo de contenidos que se proponen en el presente documento pretende favorecer el logro de una competencia científica básica que articule conceptos, metodologías de trabajo y actitudes relacionadas con la producción de conocimientos en el campo de las ciencias naturales. De esta manera, se intenta favorecer la idea de que las distintas disciplinas que conforman a las ciencias naturales, aportan miradas diferentes, pero complementarias, del mundo natural y tecnológico.

El papel formativo de la química, como ya se ha dicho, se vincula con el desarrollo de capacidades de los estudiantes para interpretar, con modelos progresivamente más cercanos a los consensuados por la comunidad científica, los fenómenos químicos. Los contenidos de enseñanza comprendidos en este documento se orientan hacia la familiarización de los estudiantes con herramientas propias de la investigación científica. Estos contenidos se constituyen, a su vez, en una introducción a la metodología científica. En oposición a la visión tradicional que considera la existencia de un método, como receta de pasos a seguir, se propone concebirla como un proceso abierto, cuyos pasos se determinan en función de las problemáticas a investigar, los objetivos del estudio, el contexto histórico y los intereses de la comunidad.

Se pretende así ofrecer una visión actualizada y crítica respecto de la ciencia, las características del conocimiento científico y su proceso de construcción. Con este objetivo se sugiere tener en cuenta las consideraciones expresadas en los siguientes párrafos.

Desde el punto de vista epistemológico, se propone presentar al conocimiento científico como una construcción que se realiza mediante un proceso de elaboración de teorías y modelos, que intentan dar sentido a un campo de referencia empírico. De allí que sea necesario hacer conocer a los alumnos y alumnas el carácter dinámico y perecedero de los constructos científicos, dando cuenta de su provisionalidad e historicidad, intentando hacerles participar de algún modo en el proceso de elaboración del conocimiento científico, con sus dudas e incertidumbres. Esto requiere, de ellos también, concebir el aprendizaje como un proceso constructivo, de búsqueda de significados e interpretación.

Desde el punto de vista de la sociología de la ciencia, se propone tener en cuenta las condiciones sociales de producción del conocimiento científico, así como la consideración ética de las aplicaciones de los resultados de las investigaciones científicas. En este sentido, se propone abordar problemáticas vinculadas a las relaciones ciencia-tecnología-sociedad.

Desde el punto de vista de la historia de la química, se propone el análisis de casos históricos y de controversias científicas, vinculados a las temáticas desarrolladas.

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Un párrafo especial merece el desarrollo de actividades de laboratorio. En la evolución histórica de la química, esta actividad ha constituido una característica esencial en su avance y consolidación como disciplina. Muchos de los métodos de trabajo que identifican a la química se fundamentan en tareas de laboratorio. Desde este punto de vista, la inclusión de estas actividades en el aula resulta importante.

Sin embargo su utilización, desde el punto de vista didáctico, requiere de sumo cuidado. Las actividades de este estilo pueden servir como disparadores de discusiones sobre algún tópico, utilizarse como demostraciones a cargo del docente o servir, incluso, como eje del desarrollo del curso planteadas como investigación dirigida (Gil Pérez et al, 1989). Su utilización como supuesto contexto de aprendizaje acerca del uso de herramientas de metodología científica ha sido muy cuestionado (Hodson, 1994; Gil Pérez et al, 1999) ya que las condiciones de trabajo habituales en el aula distan mucho de las de laboratorio y los alumnos y alumnas carecen de la formación metodológica necesaria para desarrollarlas en el marco adecuado. Sin tener las precauciones del caso, se puede generar la sensación en los estudiantes de que la construcción de conocimiento científico resulta de una extrapolación directa de lo observado en un contexto que dista de ser experimental ya que, a lo sumo, reúne solamente algunas de las condiciones de un experimento.

Teniendo en cuenta los puntos anteriores, las actividades en el aula debieran propender a: estimular la discusión entre alumnos y alumnas, y entre alumnos/as y el profesor, propiciando la explicitación y confrontación de opiniones, en un clima de respeto y trabajo conjunto; mostrar que cada alumna y alumno puede ser protagonista en el planteo, análisis, resolución de problemas y la relación de los resultados obtenidos con la realidad cotidiana; mostrar la ciencia como proceso y como producto de la actividad humana, no como saber acabado y único.

Bibliografía de lectura recomendada

• Campanario, J. M.. “¿Qué puede hacer un profesor como tú o un alumno como el

tuyo con un libro de texto como éste? Una relación de actividades poco convencionales”. Enseñanza de las Ciencias, Vol. 19, nº 3, pp. 351-364, 2001.

Artículo que recorre diferentes propuestas de actividades para realizar, por el docente solo o en conjunto con los alumnos, sobre textos de ciencia. Las propuestas apuntan a profundizar en el análisis de diferentes tipos de contenidos presentes en libros de texto y provee actividades adecuadas para la evaluación (diagnóstica y formativa) de los alumnos.

• Chalmers, Alan, ¿Qué es esa cosa llamada ciencia?. Madrid, Siglo Veintiuno Editores, 1991.

Desarrolla una introducción simple a los modernos puntos de vista sobre la naturaleza de la ciencia. En este texto se encuentra una discusión resumida, con aportes de la historia de la ciencia, sobre las herramientas principales de metodología científica. Si bien no completa los conocimientos necesarios para estos temas, constituye un adecuado paso inicial para la formación en temas epistemológicos.

• Pozo, José I. ; Gómez Crespo, M. A., Aprender y enseñar ciencia. Madrid, Morata, 1998.

Incluye los principales aportes a la enseñanza de las ciencias aportados desde los trabajos de investigación sobre didáctica de las ciencias de las últimas décadas.

• Raviolo, Andrés, “Modelos históricos sobre el equilibrio químico”. Educ. en la Química, Vol. 9, nº 3, pp. 17-26, 2003.

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Este artículo, mediante la descripción de diferentes concepciones sobre equilibrio químico en distinos momentos de la historia de la disciplina, permite visualizar la importancia de la reflexión sobre aspectos epistemológicos e históricos al abordar la enseñanza de temas básicos de ciencia.

Referencias

Campanario, J. M.. “¿Qué puede hacer un profesor como tú o un alumno como el tuyo

con un libro de texto como éste? Una relación de actividades poco convencionales”. Enseñanza de las Ciencias, Vol. 19, nº 3, pp. 351-364, 2001.

Chalmers, Alan, ¿Qué es esa cosa llamada ciencia?. Madrid, Siglo Veintiuno Editores, 1991.

Chang, Raymond, Química (cuarta edición). México, McGraw-Hill,1995.

Dumrauf, Ana y Espíndola, Carlos, “El huevo loco’. Introducción a la metodología científica”, en Alambique, Vol.34, pp. 116-120, 2002.

Gabel, Dorothy, “Improving teaching and learning through Chemistry education research: a look to the future”, en Journal of Chemical Education, Vol. 76, pp. 548-554, 1999.

Gabel, Dorothy, “Enhancing the conceptual understanding of Science”, en Educational HORIZONS, pp. 70-75, Winter 2003.

Garritz, Andoni, “Nanotecnología II. Nanotubos de carbono”, en Educación Química, Vol. 12, nº 2, pp. 67-68, 2001.

Gil Pérez, Daniel; Dumas-Carré, Andrée; Caillot, M; Martínez-Torregrosa, Joaquín; Guisasola, y Ramirez, L., “La resolución de problemas de papel y lápiz como actividad de investigación”. Investigación en la Escuela, Vol. 6, pp. 3-20, 1989.

Gil Pérez, Daniel; Furió Más, Carles; Valdés, Pablo; Salinas, Julia; Martínez-Torregrosa, Joaquín; Guisasola, Jenaro; González, Eduardo; Dumas-Carré, Andrée; Goffard, Monique y Pessoa de Carvalho, Anna, “¿Tiene sentido seguir distinguiendo entre aprendizaje de conceptos, resolución de problemas de lápiz y papel y realización de prácticas de laboratorio?”. Enseñanza de las Ciencias, Vol. 17, nº 2, pp. 311-320, 1999.

Hodson, D., “Hacia un enfoque más crítico del trabajo de laboratorio”. Enseñanza de las Ciencias, Vol. 12, nº 3, pp. 299-313, 1994.

Johnstone, Alex, “Why is Science difficult to learn? Things are seldom what they seem”, en Journal of Computer Assisted Learning, Vol. 7, pp. 75-83, 1991.

Lombardi, Olimpia, “La noción de modelo en ciencias”, en Educación en Ciencias, Vol. II, nº 4, pp. 5-13, 1998.

Mengascini, Adriana y Menegaz, Adriana; “Documento de Apoyo Curricular Nº 1: La enseñanza de la diversidad biológica y las clasificaciones”. Dirección general de Cultura y Educación de la Provincia de Buenos Aires, diciembre de 2004.

Mortimer, Eduardo F.; Mol, Gerson y Duarte, Lucienir, “Reglas del octeto y teoría de la unión química en la enseñanza media: ¿dogma o ciencia?”, en Quimica Nova, Vol. 17, nº 2, pp. 243-251, 1994.

Pozo, José I. ; Gómez Crespo, M. A., Aprender y enseñar ciencia. Madrid, Morata, 1998.

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Tiberghien, A. , “Modeling as a basis for analyzing teaching-learning situations”, Learning and instruction, Vol. 4, pp. 71-87, 1994.

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Algunas direcciones de interés

A continuación presentamos algunas direcciones de Internet que pueden resultar de interés para ser consultadas. En primer lugar incluimos a dos revistas de divulgación e investigación en enseñanza de las ciencias, de acceso libre y gratuito:

Investigações em Ensino de Ciências (Investigaciones en Enseñanza de las Ciencias), Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil, http://www.if.ufrgs.br/ienci/ REVISTA ELECTRÓNICA DE ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, http://www.saum.uvigo.es/reec/index.htm

Si bien el acceso a la revista Enseñanza de las ciencias es mediante suscripción, suele tener un número extra de acceso libre, al igual que el índice de todos sus volúmenes e información sobre congresos, etc.:

Enseñanza de las ciencias, Revista de investigación y experiencias didácticas, http://www.blues.uab.es/rev-ens-ciencias/

Finalmente, incluimos la dirección de la Asociación de Educadores en la Química de la República Argentina donde puede hallarse información sobre congresos y otras actividades relacionadas:

Asociación de Educadores en la Química de la República Argentina http://www.adeqra.com.ar