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Filosofia de las practicas experimentales y ensenanza de las ciencias.

Philosophy of Experimental Practices and Science Teaching

1. Introduccion

Los debates en filosofia de la ciencia siempre inciden en las investigaciones en didactologia (1) y, muy especialmente, en la ensenanza de las ciencias experimentales. Los procesos de ensenanza son vacios si no se considerara importante la reflexion sobre la naturaleza de la ciencia. Desde la aparicion del libro seminal de T. Kuhn, en 1962, La Estructura de las Revoluciones Cientificas, se ha dado una reorientacion profunda en torno al llamado conocimiento cientifico; filosofos, cientificos e historiadores han participado de una transformacion en la manera de pensar y caracterizar el conocimiento cientifico (2), transformacion que influye profundamente en la forma de concebir las ciencias por parte de los investigadores en ensenanza de las ciencias; ?que es la ciencia y cual es su objeto??como se producen las teorias?, ?que papel juega el experimento?, ?cual es la funcion de las instituciones cientificas?, ?cual es la naturaleza del conocimiento cientifico? ?Cual es la estructura general de la realidad? ?Como se valida o institucionaliza un experimento, una ley o una teoria? y ?en que consiste el progreso cientifico? son fundamentales para saber ?de que y como se ocupa la filosofia de la ciencia? (Guerrero, 2006).

Es precisamente en el marco de los debates sobre la naturaleza de la ciencia que se reconoce actualmente una linea de investigacion en filosofia de la ciencia centrada en las llamadas practicas experimentales (Estany, 2007). Filosofos e historiadores de la ciencia actualmente reconocen y reflexionan sobre la importancia de dichas practicas en el desarrollo de la ciencia, pues en las ultimas dos decadas la filosofia de la ciencia esta reformulando por completo sus planteamientos, convirtiendose en una filosofia de la actividad cientifica, y no solo en una epistemologia (Echeverria, 2003) como es el caso de la concepcion heredada, para la cual era manifiesta la dependencia del experimento respecto a la teoria. Los nuevos enfoques defienden, a partir de estudios de caso, la importancia de reconocer el papel de la experimentacion y el conocimiento que se desprende de ella, un conocimiento que no es necesariamente subsidiario de modelos teoricos sino que, como sugiere Ian Hacking (1996), tiene vida propia. Reconocer los aspectos centrales de esta linea de investigacion aporta elementos fundamentales que pueden tener un profundo impacto en las reorientaciones sobre las investigaciones actuales en didactologia, particularmente en la ensenanza de las ciencias experimentales.

Por otra parte, los textos utilizados para divulgar la ciencia en los distintos grados de escolaridad se apoyan en determinadas visiones sobre la naturaleza de la ciencia, lo cual les permite disenar, estructurar y presentar los contenidos. Los estudios sobre la estructura retorica de los textos sugieren que existe una intencion del autor al escribir el libro que se hace evidente para el lector (Izquierdo, 2005). Intencion que se traduce en la seleccion y organizacion de los contenidos, los experimentos y las actividades de apoyo presentadas. Las investigaciones en didactologia muestran que la estructura retorica de los textos usados en la ensenanza, sobre todo en los primeros niveles de educacion superior, no contribuyen a la comprension de los estudiantes, sino que mas bien acrecientan sus dificultades. Dichas dificultades tienen que ver, entre otros aspectos, con la falta de comprension de los conceptos (Viennot, 2002) asi como con la escasa relacion con el experimento y falta de apropiacion de la experiencia sensible que le permita dar cuenta de los fenomenos estudiados (Garcia, 1999).

El objetivo de este articulo es mostrar que la filosofia experimental proporciona un modelo de ciencia mucho mas en consonancia con la ensenanza de las ciencias que la filosofia teoretica de la ciencia. En primer lugar, abordaremos las principales tesis de lo que se ha venido llamando "filosofia experimental de la ciencia", junto a algunos de sus principales defensores; en segundo lugar, examinaremos como en libros de fisica fundamental el experimento es asumido como subsidiario de la teoria y solamente se le considera para avalar lo que dice un modelo teorico, y analizaremos las dificultades de comprension que esta concepcion del experimento plantea; finalmente, mostraremos la importancia de la experimentacion en la ensenanza de las ciencias desde los nuevos aportes de la filosofia de las practicas experimentales, retomando un caso desde la historia de la electricidad.

2. Filosofia experimental versus filosofia teoretica de la ciencia

Esta claro que en la actividad cientifica se encuentran cientificos teoricos y cientificos experimentales (Artigas, 1989) lo cual es, en cierta forma, un reconocimiento de dos actividades diferentes aunque mutuamente necesarias. Pero las investigaciones en filosofia de la ciencia se han centrado fundamentalmente en los modelos teoricos, las leyes y principios establecidos; de hecho una de las tareas de la filosofia de la ciencia ha sido el analisis y reconstruccion de las teorias cientificas, dejando a la experimentacion un papel subsidiario. Para la mayoria de las escuelas, tanto de la tradicion heredada como de la vision Kuhniana de la ciencia, la experimentacion ha estado en funcion de la teoria, ya sea inspirada por ella o al servicio de la misma, pero en cualquier caso, sin vida propia (Hacking,1996). Para esta concepcion de ciencia el experimento es considerado como verificador de teorias, tal como lo considero el empirismo logico de C. Hempel, o falsador de las mismas desde un punto de vista popperiano.

El debate sobre la relacion teoria- practica o sobre el papel de la teoria versus el papel del experimento es antiguo en filosofia de la ciencia. Lo relevante son los nuevos enfoques que surgen. Hacking (1996) da un giro en la filosofia de la ciencia reivindicando el papel del experimento en la practica cientifica y senala que: "la filosofia debia empezar a reflexionar sobre lo que comenzo por alla en el siglo XVII. La aventura que entonces se inicio, y que puso por base la experimentacion, fue llamada filosofia experimental" (p. 52).

Su pretension no es eliminar las teorias como representacion del mundo sino abandonar el esquema jerarquico en el que el experimento esta al servicio de la teoria. Por su parte, M. Iglesias (2004) hace referencia a la importancia de las practicas experimentales, para mostrar el giro necesario en filosofia de la ciencia y el cambio de la tradicional relacion entre teoria y experimento. El giro hacia la practica en filosofia de la ciencia obliga a que los temas de racionalidad, objetividad, verdad y mundo dejen de ser tratados desde la teoria y a que se redefinan nuevos problemas filosoficos, promoviendo una nueva imagen de la ciencia. Por otra parte Estany (2007) avanza en la busqueda de resultados empiricos de las ciencias cognitivas que permitan afianzar el sentido de las practicas experimentales.

Hacking es especialmente interesante para la ensenanza de las ciencias porque pone el experimento al mismo nivel que la teoria. Hay un equilibrio entre ellos. Reconoce que podemos encontrarnos casos, tanto en que el experimento prima sobre la teoria (tal seria el caso de Priestley en quimica o Faraday en fisica), como casos en que seria dificil hacer avanzar la ciencia sin tener en cuenta determinados modelos teoricos (por ejemplo, en la epoca de Liebig no podian resolverse problemas de quimica organica sin partir de determinados modelos teoricos de la quimica).

En un principio el interes de la filosofia de la ciencia por las tradiciones experimentales centro el analisis filosofico en el conjunto de la practica cientifica, en lugar de enfocarlo solo en el resultado de esta practica, es decir, en las teorias cientificas. Esto implica tomar en cuenta otros factores que intervienen en el quehacer cientifico, como la infraestructura material, los instrumentos, la interaccion humana, las relaciones con las administraciones, etcetera. Aunque no son totalmente independientes estos factores, inciden de forma distinta y en mayor o menor grado en la dinamica interna de la ciencia (Estany, 2007).

Con las investigaciones de estudios de caso, los filosofos de la ciencia quieren poner de manifiesto la existencia de la carga experimental de la teoria. Tal es el caso de Hacking (1983), Galison (1987), Pickering (1995), Gooding, Pinch y Schafer (1989), y Martinez (2003) entre otros, que avanzan hacia una nueva imagen de ciencia. J. Ordonez y J. Ferreiros (2002) consideran que la miseria del teoreticismo esta en reducir la riqueza y la complejidad del proceder cientifico a un asunto de mera elaboracion conceptual dejando de lado la riqueza de conocimiento que se esconde detras de las practicas experimentales. Reconocer la importancia y la validez de las practicas experimentales en la constitucion de la ciencia, su funcion independiente de la teoria o en equilibrio con ella y su papel mas alla del verificacionista o falsacionista que usualmente se le ha otorgado, constituye el fundamento de este campo de investigacion de la filosofia de la ciencia.

En esta linea resultan interesantes las aportaciones de Pickering (1995) sobre la produccion de cualquier resultado experimental en el que entran en juego tres elementos: un procedimiento material, un modelo instrumental y un modelo fenomenico. El procedimiento material supone disponer de los aparatos e instrumentos necesarios, verificar que funcionen y controlar su funcionamiento, todo lo cual encierra un conocimiento practico. El modelo instrumental esta implicado en el diseno, realizacion e interpretacion del experimento, siendo fundamental la comprension conceptual del funcionamiento de aparatos e instrumentos. El modelo fenomenico consiste en la comprension conceptual de los aspectos del mundo fenomenologico, que estan siendo estudiados por parte del experimentador, y sin los cuales los resultados carecerian de sentido y significacion, y no podrian ser interpretados.

En la propia experimentacion podemos distinguir entre experimentos cualitativos y cuantitativos o experimentacion exploratoria y experimentacion guiada. Para filosofos e historiadores de la ciencia de la escuela positivista era comun describir los procesos de elaboracion de teorias cientificas a partir de mediciones y datos cuantitativos precisos, en la que los experimentos cuantitativos eran el referente de las investigaciones. Esta version simplificada del metodo cientifico llevo a borrar del mapa la experimentacion cualitativa (Ordonez y Ferreiros, 2002). Los nuevos filosofos e historiadores rescatan el papel de los experimentos cualitativos y su incidencia en la construccion de conocimiento. La experimentacion en este sentido se aleja de la vieja tradicion de estar orientada por la teoria, como lo llego a sugerir incluso K. Popper: "solo cabe realizar experimentos a la luz de las preguntas y los conceptos determinados por una teoria" (Popper, 1935) y pasa a tener vida propia, independiente de la teoria, como lo propone Hacking (1983) y que Ordonez y Ferreiros (2002) reconocen cuando plantean que:
   Al menos en fisica, los experimentos cualitativos han sido una
   parte fundamental de los procesos de formacion de conceptos
   (procesos de formacion de datos). Por ejemplo, los experimentos
   cualitativos en electromagnetismo desempenaron, desde el primer
   resultado de Oersted en 1820, un papel fundamental en la
   elaboracion de nociones como lineas de fuerza y campo. Oersted y el
   propio Faraday trabajaron de manera mas intuitiva y directa,
   modelando sus concepciones segun algunos rasgos fenomenologicos (o
   fenomenotecnicos) que surgian directamente de los experimentos que
   realizaron y como resultado del experimento, el modelo fenomenico
   es refinado, acomodado y especificado con mayor precision. (p. 63)


El caso de Faraday es llamativo porque los historiadores han encontrado que sus trabajos fueron una genuina base experimental (3) esto es, que los experimentos tenian vida propia y que el laboratorio era un espacio de construccion de conocimiento. Por tanto, el debate que se ha planteado en las ultimas decadas en filosofia e historia de la ciencia no es en torno a si los cientificos han realizado experimentos en sus investigaciones, sino mas bien en la interpretacion de los mismos y en su relacion con los modelos teoricos.

Se reconoce ademas la importancia de la experimentacion cualitativa exploratoria que suele estar presente en las primeras fases del desarrollo de una ciencia, pero que no por ello es menos valiosa que los experimentos cruciales (experimentacion cuantitativa guiada) en la estructuracion de la ciencia. En cierto sentido la tradicion experimental no es nueva, los antiguos griegos, tales como Arquimedes, Hieron, Cardano, etc., ya realizaban "experimentos", aunque se atribuye a Gilbert y Galileo como los primeros en sistematizar y caracterizar publicaciones donde la base empirica de la fisica esta formada por resultados experimentales (Ordonez y Ferreiros, 2002). La importancia de los resultados empiricos se expandio rapidamente a otros campos de conocimiento como la optica, la electricidad y el calor. En electricidad, por ejemplo, se reconocen las aportaciones de Gray, Hauksbee, Dufay, Volta, Franklin y Faraday, entre otros, en la construccion experimental del fenomeno electrico. Este tipo de experimentacion resulta interesante desde el punto de vista epistemologico porque permite caracterizar la edad temprana de una ciencia, tal como lo sugiere J. L. Heilbronn (1979) en sus analisis historicos sobre electricidad. Este "juego" exploratorio posibilito la distincion entre materiales conductores y no conductores. O en los estudios de Steinle (2002) para quien la simple variacion de lugar de la aguja respecto al hilo en el experimento de Oersted, planteaba dificultades al enfoque de Newton-Laplace de fuerzas centrales.

Otro aspecto que resulta importante desde la filosofia de las practicas experimentales es el tipo de discurso que hay en la propia experimentacion. No se corresponde con el que en la concepcion heredada se le asigna a la deduccion. En la experimentacion existe una forma de argumentar y de conocimiento diferente al fenomeno de la deduccion (Galison 1987). Es necesario admitir que en la accion hay pensamiento, lo cual implica romper y superar el dualismo cartesiano que divide mente y cuerpo, naturaleza y cultura. Hay un lenguaje diferente que se expresa en la actividad experimental y del cual surgen pensamientos e ideas que posteriormente se articulan conceptualmente. El conocimiento experimental esta presente al disenar y construir aparatos, pero tambien en la manipulacion de entidades y en la creacion de fenomenos. Hemos de reconocer entonces que en la actividad experimental hay una riqueza conceptual que no habia sido reconocida ni valorada en su justa dimension. Tener presente que en la experimentacion, como lo sugiere Iglesias (2004): "la naturaleza no se nos muestra ella por si sola: ella se abre, se despliega, segun lo imponga la manera a la que fue sometida en una accion especifica" (p. 11).

Todo ello nos lleva a preguntarnos hasta que punto, desde las tradiciones experimentales, la teoria es subsidiaria del experimento y, en este caso, que papel juega en el conjunto de la practica cientifica. Ya hemos visto que Hacking mantiene un cierto equilibrio entre teoria y experimento en funcion del momento historico. En la misma linea, Estany (2007) sugiere una interaccion entre ambas, teoria y experimentacion, donde la una no sea subsidiaria de la otra sino que se complementen mutuamente. Para ello es necesario replantear las formas de representar el conocimiento, donde la denominacion de "practica cientifica", que hace referencia a la actividad de los cientificos, no este determinada solo por el producto (teorias) sino tambien por el proceso de dicha actividad. Un aporte en esta direccion lo sugiere Hutchins (1995) al proponer el enfoque de la cognicion socialmente distribuida, en el que la unidad de cognicion no es la mente individual sino un sistema formado por la interaccion entre diversos agentes, y entre estos y determinados artefactos tecnologicos implicados en el exito del proceso cognitivo. En este marco lo relevante del conocimiento (cognicion) no es que este influenciado por la sociedad y la cultura sino que es un proceso cultural y social en si mismo. Asi pues, la ciencia es una actividad cultural, realizada de acuerdo con necesidades e intereses individuales, sociales, economicos, politicos, eticos y esteticos. Lo importante de este enfoque es que se considera ademas de la conducta y el proceder del cientifico los procesos cognitivos que intervienen en dicha conducta, esto es, necesidades, intereses y formas de ver el mundo, de describirlo, caracterizarlo y modelarlo, teniendo en cuenta los contextos sociales y culturales en los que se desenvuelve.

Finalmente debemos reconocer que la nueva imagen de ciencia esta orientada por una relacion entre la teoria y el experimento mucho mas profunda y con mayor riqueza conceptual de la que la mayoria de los filosofos e historiadores han mantenido hasta el momento, pero las nuevas corrientes filosoficas promueven la importancia de la "vida propia" que posee la experimentacion en la construccion de la ciencia, y que como afirma Iglesias (2004):
   Cuando se asume la perspectiva de estudios de casos, de puntos
   especificos de la historia de la ciencia, se encuentra que no es la
   teoria la que siempre ha guiado la ciencia, que la relacion entre
   teoria y experimento ha sido diversa y no unitaria como han querido
   mostrarnos la historia y la filosofia de la ciencia. (p. 10)


Hacer de la experimentacion una plataforma de conocimiento contribuye a un cambio en la imagen de la ciencia. La manera de presentar los experimentos no debe ser solamente descriptiva o narrativa para reforzar el papel de las teorias, sino que se debe avanzar hacia la caracterizacion de experimentos que involucren problematicas y que tengan una riqueza conceptual en si mismos (vida propia), crear necesidades donde el experimento "hable" y se comunique, crear situaciones especificas donde la naturaleza se "despliegue" y muestre comportamientos, esto es, hacer de la experimentacion una actividad humana en el sentido de Hacking. Los estudios de caso que muestran el papel de la experimentacion en el marco de la filosofia de las practicas experimentales como los de Hacking, Galison, Pickering, Gooding y Pinch, entre otros, permiten identificar aspectos valiosos de la actividad cientifica que deben ser reconocidos y considerados por parte de los investigadores en didactica de las ciencias.

3. Dificultades del modelo teoretico en la ensenanza de las ciencias

?Que influencia puede tener la filosofia de las practicas experimentales en la didactica? El sistema didactico se compone de tres actores fundamentales, los docentes, los estudiantes y el contenido, este ultimo normalmente expresado en los textos. Los estudios realizados sobre los textos utilizados en la ensenanza de la ciencia consideran que estos expresan una retorica; esto es, las intenciones que hay detras por parte del autor y el mensaje que quieren transmitir, la idea de ciencia que se promulga, la forma de persuadir al lector, influyendo en su forma de pensar la ciencia y transformando su mundo (Izquierdo, 2005).

En los procesos de ensenanza de las ciencias la experimentacion suele estar presente, los estudiantes hacen practicas, observan fenomenos, toman datos, hacen registros y manipulan aparatos. Los libros de texto sugieren en muchos casos la realizacion de tales experimentos, pero cabe preguntarnos; ?cual es la finalidad de los experimentos sugeridos? ?Que imagen de ciencia se promueve desde las practicas sugeridas? y ?que intencion orienta al autor cuando presenta experimentos?

Investigaciones recientes demuestran como la influencia de la concepcion positivista de la ciencia predomina en la retorica de los textos (Garcia, 2009), donde prevalecen las leyes y teorias como verdades reveladas y el experimento como subsidiario de esta. Esta manera de presentar la ciencia como un "producto" sin reconocer los procesos que se han llevado a cabo en la construccion del conocimiento han terminado por afectar la relacion ensenanza--aprendizaje, pues se ha demostrado en estudios de caso que los estudiantes despues de pasar por los cursos formales de fisica no comprenden los conceptos que se ensenan y menos todavia los fenomenos asociados a ellos (Viennot, 2002). Veamos el siguiente parrafo extractado de un texto de fisica fundamental referente a la electricidad (4):
   Los antiguos griegos ya sabian, hacia el ano 600 a de C. que el
   ambar, frotado con lana, adquiere la propiedad de atraer cuerpos
   ligeros. En la actualidad, al interpretar esta propiedad, decimos
   que el ambar esta electrizado, que posee carga electrica o bien que
   esta cargado electricamente. Estos terminos derivan de la palabra
   "elektron" que significa ambar. Es posible comunicar carga
   electrica a cualquier material solido, frotandolo con otro
   material. Una persona se electriza al arrastrar los zapatos contra
   una alfombra de nylon, un peine se electriza al pasarlo por el
   cabello seco; se desarrolla carga electrica en un papel que se
   imprime, y asi sucesivamente. (p.531)


En este experimento que podemos denominar exploratorio, la intencion del autor es que el lector asocie que "el ambar frotado con lana esta electrizado, posee carga electrica". La afirmacion es lo relevante. Incluso, puede sostenerse la afirmacion sin necesidad de hacer la experiencia. Entonces en el mensaje ?que sentido tiene frotar ambar con lana? ?Puede inferirse que si froto ambar con lana, el ambar esta electrificado? No, simplemente puedo apreciar que atrae objetos livianos, !pero no mas! Hay una evidente carga teorica que hace que el estudiante piense en carga electrica cuando frote ambar. El experimento esta disenado para confirmar o validar el argumento teorico. El autor pone el enfasis en la carga como propiedad de los cuerpos, y todo aquello que se frote entonces desarrolla carga electrica (contraria a la vision de campos). Cabria preguntar que pasa si froto ambar con ambar, ?evidencian electrificacion? la pregunta como tal no encaja en el cuadro de validacion teorica que se quiere transmitir (aunque para Maxwell lo tuviera), por lo tanto, no tiene relevancia para el autor.

Tambien el autor afirma que "una propiedad de la carga electrica es que se comunica frotandola con otro material". Y para demostrarlo recurre a una situacion cotidiana, pero ?puede una persona al frotar el cabello seco con un peine o arrastrar los zapatos, deducir que la carga se comunica? No es posible. La nocion de transferencia de carga es un modelo teoretico, la intencion del autor es que se valide y se acepte la afirmacion hecha y la experiencia simplemente se utiliza para validar dicho modelo.

Mas adelante, en un experimento de mayor control por parte del lector, el autor escribe:
   Supongamos que frotamos una barra de plastico con una piel y
   despues la ponemos en contacto con una bola de medula de sauco
   suspendida. Tanto la barra como la bola de medula tienen carga
   negativa. Si se aproxima ahora la piel a la bola esta es atraida,
   indicando que la piel esta cargada positivamente. De esto se deduce
   que cuando se frota el plastico con la piel aparecen cargas
   opuestas en las dos sustancias. Este resultado se obtiene siempre
   que se frota una sustancia con otra. Asi el vidrio resulta
   positivo, mientras que la seda con la cual se ha frotado resulta
   negativa. Esto sugiere claramente que las cargas electricas no son
   generadas ni creadas, sino que el proceso de adquirir una carga
   electrica consiste en transferir algo de un cuerpo a otro , de modo
   que uno de ellos tiene un exceso y el otro una deficiencia de ese
   algo. Hasta finales del siglo XIX no se descubrio que ese "algo" se
   compone de particulas muy pequenas, cargadas negativamente, que hoy
   se conocen como electrones". (p.532)


Este experimento tiene una descripcion y una justificacion. La justificacion, que hemos subrayado a proposito, corresponde a un enunciado teorico, una definicion o, como en este caso, el principio de conservacion de la carga; las cargas no son generadas ni creadas, solamente existen electrones que se transfieren. Principio que ademas presenta dificultades desde la perspectiva de campos propuesta por Faraday y Maxwell.

Este tipo de experimentos se refieren a fenomenos que no se encuentran directamente en la naturaleza (en este caso es una reconstruccion burda de los experimentos de Dufay) pero con la intencion de hacer evidente la existencia de dos tipos de carga electrica y la transferencia de electrones. La pregunta nuevamente es, ?hace falta hacer el experimento? o ?basta simplemente con afirmarlo?, el mensaje del autor es que el estudiante identifique el enunciado teorico, El lector puede decir que hay dos tipos de carga electrica sin necesidad de frotar un objeto con otro, pero si hace el experimento entonces puede comprobar que lo que se esta diciendo es cierto (ciencia verdadera) ?que papel esta jugando el experimento en este caso? La atencion se centra en el mensaje teorico directo (ni siquiera inferido), el experimento es presentado como un apoyo o ayuda para "reafirmar" y "validar" la afirmacion de la existencia de la carga y por ahi mismo de los electrones.

Tanto en la presentacion de los textos como en la explicacion de los estudiantes se encuentra una fuerte tendencia hacia el modelo teoretico. En el caso de los estudiantes los investigadores han encontrado que a pesar de los cursos de fisica fundamental recibidos, estos no logran comprender los fenomenos que estudian (Greca y Moreira, 1998), en tanto que no pueden dar cuenta del campo fenomenico ni explicar algun hecho diferente a los que les presenta el texto. Y por lo tanto termina con una cantidad de informacion que no puede utilizar mas que en la solucion de los problemas del libro, pero con un desconocimiento del fenomeno mismo.

4. Estudio de la electricidad bajo el prisma de las tradiciones experimentales

Un ejercicio que nos permite ilustrar el conocimiento y la riqueza de las practicas experimentales en la ensenanza de las ciencias lo podemos encontrar en electricidad. Los escritos de Stephen Gray publicados en la Philosophical Transactions de la Royal Society (1729) y recogidos por Heilbronn (1979) describen una serie de experimentos cualitativos que fueron trascendentales en la vision que posteriormente derivo en la vision de campos. En uno de ellos Gray describe:
   Frotando un tubo de vidrio de aproximadamente 3 1/2 pies de
   longitud y sosteniendo una pluma ligera hacia el borde superior del
   tubo, halle que se dirigia hacia el tapon, primero atraida y luego
   rechazada por este, asi como por el tubo mismo. Me sorprendio mucho
   y conclui de ello que habia sin duda alguna virtud atractiva
   comunicada al tapon por el tubo excitado. (p. 305)


Se aprecia en este experimento como Gray, explorando el comportamiento de los materiales al ser frotados, quiere saber si la virtud electrica se queda solamente en la region frotada y encuentra que no, regiones no frotadas atraen la pluma, e incluso otros materiales (tapon) tambien atraen la pluma, de aqui la afirmacion que hace de que la virtud atractiva se comunica al tapon por el tubo. Mas adelante Gray describe lo siguiente:
   Teniendo conmigo una bolita de marfil de alrededor de una pulgada y
   tres decimos de diametro con un hueco, la fije a un palito de
   madera de abeto de cerca de 4 pulgadas de largo; introduciendo el
   otro extremo dentro del corcho, y habiendo frotado el tubo,
   encontre que la bolita atraia y repelia la pluma con mas vigor que
   lo que lo habia hecho el corcho anteriormente. Luego fije la bola
   en palos mas largos, primero en uno de 8 pulgadas y luego en otro
   de 24 pulgadas de largo y encontre el mismo efecto. Entonces use
   primero una varilla de hierro, luego una de bronce para fijar la
   bola, insertando el otro extremo de la varilla en el corcho, como
   antes, y encontre la misma atraccion. (p. 306)


La experimentacion en torno a la virtud atractiva que es comunicada al tapon por el tubo excitado se amplia ahora a la exploracion con otros materiales como la madera de abeto y varillas de hierro y bronce, ademas ahora tienen un elemento nuevo y es la longitud del material, para 4, 8 y 24 pulgadas encuentra el mismo efecto de atraccion. Se aprecia la riqueza conceptual de estas experiencias, ligadas a un problema sobre el comportamiento de los materiales. Como hemos visto atras, esta dinamica de las practicas experimentales no es reconocida en los libros de texto.

Por su parte Faraday plantea que polarizacion e induccion son dos terminos para mencionar el mismo efecto, la misma accion. En las cartas enviadas a su amigo Richard Philips, publicadas en 1843, establece que la accion inductiva es una accion sobre y por el medio: es una accion contigua que se transmite de una parte del medio a las partes vecinas y asi sucesivamente; de modo que la forma como se propaga y se distribuye tal accion depende de las caracteristicas del medio. Faraday se pregunta si todos los cuerpos electricos poseen realmente alguna influencia sobre el grado de induccion que tiene lugar a traves de ellos, en una de sus experiencias resalta que a distancias iguales pero en medios diferentes los efectos observados son tambien diferentes, (contrario a lo que solia sostener desde la perspectiva de accion a distancia). La experiencia es la siguiente:

Dos placas metalicas B y C, ubicadas simetricamente en aire con relacion a una tercera A cargada positivamente, se le suspendian desde sus superficies externas sendas laminas de oro. Cuando las placas, y con ellas las laminas de oro, eran sacadas del aislamiento al mismo tiempo (conectadas a tierra) y luego eran nuevamente aisladas estando en el mismo dielectrico; las laminas de oro colgaban paralelas entre si. Pero al introducir laca entre las placas paralelas A y C se observo que las laminas se atraian mutuamente. (Faraday, 1843)

Los resultados de esta experiencia ponen de manifiesto la influencia efectiva que tiene el medio en la accion inductiva que se realiza a traves de el, y niega en consecuencia que la accion inductiva sea una accion directa y a distancia. Esta claro que si se asume esta ultima perspectiva-la accion inductiva como una accion directa y a distancia- ningun cambio ha de esperarse al reemplazar un medio por otro, rompiendo la simetria. Si, por el contrario, se piensa que el medio define la accion inductiva, es de esperar que dicha sustitucion produzca un efecto sensible. De acuerdo con Faraday los materiales que conforman el medio se pueden distinguir por la capacidad inductiva especifica; para la experiencia propuesta la capacidad inductiva de la laca es mayor que la del aire. Si el medio a ambos lados de la placa A es el mismo, en este caso aire, la accion inductiva sobre las placas conductoras sera igual, dada la disposicion simetrica de las placas respecto de A. Al sustituir el aire entre las placas A y C por laca, se presenta que, como la capacidad inductiva de la laca es diferente a la del aire, (mayor) debe inducir mas hacia C que hacia B. Los libros de texto no tienen en cuenta las experiencias de Faraday para la electrostatica, definen la induccion electrica desde modelos teoricos de accion a distancia que se yuxtaponen con la nocion de campo desde un punto de vista matematico y sin soporte fisico.

Los casos de Gray y Faraday muestran la importancia de la experimentacion en la construccion de la electrostatica, los modelos de explicacion estan implicados en la realizacion de las experiencias. El conocimiento y reconstruccion de ellas permite elaborar modelos de intervencion didactica donde la experimentacion es relevante en la construccion y organizacion de explicaciones sobre la electricidad.

5. Implicaciones para la ensenanza

De acuerdo con la presentacion anterior y reconociendo la necesidad de avanzar en propuestas que tengan en cuenta los aportes de la filosofia de las practicas experimentales, a continuacion se presentan algunos elementos que pueden ser considerados por la didactologia.

a) Mayor relevancia de los experimentos cualitativos: dar mayor importancia a los experimentos cualitativos, no solamente para describirlos o justificar la teoria, sino para mostrar su relevancia en la construccion de conocimiento. En este sentido, este tipo de experimentos deben contener riqueza conceptual. Las preguntas o situaciones problema pueden orientar su presentacion. Un ejemplo para los fenomenos electricos, teniendo en cuenta el uso de la historia descrita atras, es el siguiente:
   Usualmente se dice que una barra de vidrio o ambar al ser frotada
   con algun material como pano o piel, adquiere la propiedad de
   atraer pequenos objetos (por ejemplo papelitos). ?Esta usted de
   acuerdo en que es posible, mediante frotacion, aumentar la fuerza
   de atraccion del vidrio o del ambar?


Esta pregunta que ha sido recontextualizada de los escritos de W. Gilbert sobre electricidad, no busca, en principio, que "sabe" el estudiante sobre el modelo estandar de particulas, sino como se relaciona con el comportamiento de los materiales. La pregunta por el aumento de la fuerza de atraccion en los materiales es un comportamiento que "despliega" la naturaleza al ser interrogada. A partir de esta experiencia basica es posible formular otras preguntas en torno a la evidencia de electrificacion que orienten una experimentacion sobre el comportamiento de los materiales, por ejemplo, ?se manifiesta la electrificacion solamente en algunos materiales?, ?es posible que cualquier objeto de la naturaleza al ser frotado adquiera tambien la virtud de atraer?, los objetos al ser frotados ?evidencian el mismo grado de atraccion sobre el detector? ?Afecta el grado de atraccion si el material con el que es frotado el objeto cambia? Este tipo de preguntas permiten explorar como se comportan los materiales al ser frotados. En este sentido es posible, a partir de este tipo de cuestionamientos, construir un cuadro donde se registren los efectos observados al frotar distintos materiales. Afinando la experimentacion el estudiante avanza en la construccion significativa de la triboelectricidad, lo cual le permite continuar en la exploracion de materiales dielectricos, conductividad, induccion, etc.

b) Posibilitar la exploracion experimental y conceptual: la riqueza conceptual que hay en la exploracion de los fenomenos permite avanzar en la construccion y organizacion de explicaciones y confrontaciones por parte del estudiante. Estamos de acuerdo en que construir conocimiento es llenar de significado una actividad, en este caso llenar de significado la experimentacion. Un ejemplo, derivado del propio uso de la historia de las ciencias, tiene que ver con la conduccion electrica.
   Al acercar un objeto frotado, por ejemplo, una barra de ebonita, a
   un detector en forma de brujula, este se orienta siguiendo una
   cierta direccion, que usualmente corresponde a la region del objeto
   que ha sido frotada. Pero ?que sucede con el detector a medida que
   nos alejamos de la region frotada a lo largo del mismo material?
   ?Es acaso la atraccion una caracteristica exclusiva de la region
   frotada? ?Que sucede si ponemos otro material en contacto?


Este tipo de preguntas abre nuevas posibilidades de exploracion de la electrificacion en los materiales frotados. Por ejemplo, para explorar la comunicacion de la electrificacion se pueden organizar experiencias posibles como:

--A medida que nos alejamos de la region frotada en un mismo material.

--A medida que nos alejamos de la region frotada en direccion a otros materiales que estan en contacto con el frotado o, cuando se ponen en contacto despues de la frotacion.

--A medida que nos alejamos del material frotado en direccion al aire.

Este tipo de actividad permite caracterizar un comportamiento de los materiales donde la persona que hace la actividad puede encontrar relevantes los siguientes aspectos:

--Que todos los materiales de la naturaleza se puedan electrificar.

--Que el mayor o menor grado de atraccion dependa de los materiales que son frotados entre si.

--Que los metales requieran de ciertas condiciones para poder registrar efectos observables.

--Obtener una seleccion de materiales cuyo grado de atraccion sea el mayor posible.

Esta manera de abordar los fenomenos electrostaticos permite varias cosas: la persona puede extraer a partir de la experiencia conclusiones que le sean significativas en torno al comportamiento de los materiales, enriquecer la experiencia sensible, empezar a organizar una imagen en torno a lo electrostatico, posibilitar explicaciones ligadas a la experiencia misma y contrastar su conocimiento del fenomeno con otras formas de conocimiento tradicionalmente aceptadas.

c) La creacion de artefactos y el procedimiento material: tanto los aparatos como los instrumentos que utiliza el cientifico son relevantes en la construccion de conocimiento. En los libros de texto no se le da importancia a esta parte del conocimiento. Si continuamos con el ejemplo de la electrostatica encontramos como los libros de texto suelen hacer referencia al electroscopio de paneles de oro para hacer registro de cargas electricas, sin embargo, su importancia no va mas alla que como detector de carga electrica.

Una propuesta interesante es plantear el diseno y construccion del propio detector. La experimentacion en torno a la construccion de detectores cada vez mas sensibles, implica un conocimiento sobre el comportamiento de los materiales. Gilbert diseno y construyo un "Versorium", esto es, una aguja muy sensible que podia rotar sobre su eje y orientarse en direccion de los objetos electrificados. Esto implica un saber practico que se construye en la medida que se manipulan los recursos, se busca que funcionen y se controla su funcionamiento. El libro de texto puede contribuir en esta exploracion con preguntas orientadas hacia el diseno y construccion de aparatos. Por ejemplo, ?como obtener un sistema de rotacion que permita mayor sensibilidad al detector? ?Que otras formas pueden utilizarse para construir detectores? Por ejemplo ?pendulos?

6. Consideraciones finales

Ciencia y filosofia estan en continua interaccion, tal como lo muestran las historias de ambas. Es decir, hallazgos cientificos que han cuestionado determinados principios filosoficos y sistemas filosoficos que han sido claves en el desarrollo de determinadas disciplinas. Un ejemplo de lo primero lo tenemos en la mecanica cuantica que llevo a los filosofos a reformular muchas de las cuestiones relacionadas con el determinismo y la causalidad. Una muestra de lo segundo la tenemos en como el positivismo de Mach y Avenarius influyo en la psicologia en el cambio del siglo XIX y XX, llegando el empirismo logico de Hempel a constituir la base sobre la que se asento el conductismo.

Esta interaccion no solo se ha dado en las ciencias que podriamos llamar "puras", cuyo objetivo es describir y explicar el mundo, sino tambien en las ciencias diseno, cuyo objetivo es resolver problemas practicos y, en ultimo termino, transformar dicho mundo. En nuestro caso, vemos que hay una interaccion entre la filosofia de la ciencia y la didactologia, en el sentido de que determinados modelos de ciencia inciden en los sistemas de ensenanza. Como hemos visto a lo largo de este trabajo el debate en filosofia de la ciencia entre una concepcion teoretica y una experimental de la practica cientifica tiene repercusiones en la ensenanza de las ciencias. Hemos visto un ejemplo que puede interpretarse de forma distinta segun la perspectiva (teoretica o experimental) con la que nos acerquemos al mismo.

Al tratarse de una ciencia como la didactologia, que pretende un fin practico, a saber: hacer comprensible una serie de conceptos a personas que aun no los han adquirido, el lograr o no dicho fin es fundamental. Por tanto, es relevante comprobar que, desde el punto de vista de facilitar o dificultar la comprension de los conceptos cientificos, la filosofia experimental de la ciencia muestra claras ventajas respecto a la filosofia teoretica. La consecuencia es que en la ensenanza de las ciencias se ha producido un cambio de modelo a raiz de uno de los debates mas interesantes que ha tenido lugar en las ultimas decadas en el seno de la historia y la filosofia de la ciencia.

Estas ideas las hemos ejemplificado en el caso de la electricidad. De una parte se aprecian las dificultades que implica en los estudiantes la vision teoretica en la ensenanza de fenomenos como conduccion e induccion electrica, la cual termina por reducirse a un aprendizaje memoristico, de formulas y definiciones cargadas de informacion abstracta. Y, por otra parte, se muestran las fortalezas de la practica cientifica donde se abre un panorama de posibilidades de exploracion experimental y conceptual en la que los aparatos e instrumentos se hacen relevantes en la construccion del conocimiento, la experimentacion supera el papel subsidiario de demostracion de la teoria y se establece como forma genuina de organizar el fenomeno electrico y donde el estudiante asume un papel activo en la construccion de explicaciones sobre la electricidad estatica tal que le permitan hacer comprensible y transformable el mundo que le rodea.

Es posible entonces reorientar el papel que se le estan dando a la experimentacion y considerar la riqueza conceptual que alli se esconde. Saber fisica no es solamente saber de leyes y teorias, es tambien el saber experimental, es darle importancia al diseno y construccion de experimentos cualitativos y cuantitativos cuya riqueza esta en llenar de sentido un conocimiento, esta en el diseno y elaboracion de aparatos e instrumentos. Al final, todo esto revierte en los libros de texto que constituyen una forma de anclar materialmente los conocimientos. Por tanto, es importante que estos reflejen la importancia de los experimentos, su relacion no subsidiaria de la teoria y, en ultimo termino, contribuyan al equilibrio y complementariedad entre teoria y practica.

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Edwin G. Garcia A.

Universidad del Valle

Anna Estany

Universidad Autonoma de Barcelona

* Recibido Mayo de 2010; aprobado Octubre de 2010.

(1) Entendemos la Didactologia como una ciencia de diseno, en sentido de ciencias que pretenden no describir el mundo sino transformarlo. En este caso seria una disciplina que tiene como objetivo mejorar la comprension del conocimiento. (Estany e Izquierdo, 2001).

(2) Actualmente participan otras disciplinas como la sociologia, la antropologia y la sociolinguistica.

(3) La base empirica genuina no consistia en un conjunto de situaciones naturales, sino que los experimentos eran creados, los aparatos se disenaban y construian para producir o evidenciar efectos deseados. Hoy en dia se hacer referencia a fenomenotecnia

(4) Tomado de Fisica Fundamental I de Sears--Zemansky.
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Author:Garcia A., Edwin G.; Estany, Anna
Publication:Praxis Filosofica
Article Type:Report
Date:Jul 1, 2010
Words:8038
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