| Existen
dos razones principales para incluir algún conocimiento sobre la historia
entre las RECOMENDACIONES. Una es que las generalizaciones acerca de cómo
trabaja la empresa científica pudiera estar vacía sin ejemplos concretos.
Considérese, por ejemplo, las proposiciones de que las nuevas ideas están
limitadas por el contexto en el cual se conciben; a menudo son rechazadas
por el establishment científico; a veces nacen de hallazgos inesperados;
y generalmente crecen con lentitud a través de contribuciones de muchos
investigadores diferentes. Sin ejemplos históricos, estas generalizaciones
no serían más que consignas, por mucho que se recuerden. Para este propósito,
puede seleccionarse cualquier número de episodios.
Una segunda razón es que algunos acontecimientos en la historia del desarrollo científico son de suma importancia para la herencia cultural Éstos incluyen ciertamente el papel de Galileo al cambiar la percepción del sitio que ocupa la humanidad en el Universo; la demostración de Newton de que las mismas leyes del movimiento se aplican tanto en la Tierra como en el cielo; las largas observaciones de Darwin sobre la variedad y la relación de las formas de vida que lo llevaron a postular el mecanismo por el cual llegaron a desarrollarse; la cuidadosa documentación de leyes de la increíble edad de la Tierra; y el estudio de Pasteur de la enfermedad infecciosa causada por organismos pequeños que pudieron ser vistos solamente con un microscopio. Estas historias constituyen algunos de los hitos del desarrollo de todo el pensamiento en la civilización occidental. CIENCIA: CONOCIMIENTO PARA TODOS | ||
Los objetivos programáticos de este capítulo se relacionan con la comprensión que el alumno desarrolle acerca de ciertos episodios de la historia de la ciencia. En los objetivos de los demás capítulos se indica cuándo se deben adquirir los conceptos de ciencia y tecnología. Se espera que los alumnos conozcan un poco de historia de la ciencia antes del sexto grado de enseñanza elemental, y que la mayor parte de sus conocimientos sobre ciencia y tecnología aparezca entre el tercer grado de enseñanza media y el tercero de enseñanza media superior. Para apreciar la importancia que debe darse a esos episodios históricos, es pertinente indicar que los alumnos deben: 1. conocer o comprender el aspecto científico de que se trate, y 2. poder captar las opiniones dominantes en esas épocas.
Darse
cuenta que existen ciertos episodios de la historia de la ciencia que pueden reforzar
un plan de estudio científico no implica, desde luego, que se deba enseñar
todas las ciencias repasando su historia. Tampoco se debe interpretar que no es
necesario que los alumnos estudien temas de actualidad relacionados con el impacto
de la ciencia y la tecnología sobre nuestra sociedad. Más bien debe
tomarse como un aprendizaje complementario.
Algunos educadores han sugerido
que las versiones sencillas de tales episodios pueden ayudar a que los alumnos
aprendan versiones más complejas en grados posteriores. Sin embargo, puede
ocurrir lo contrario: que las versiones simplificadas lleguen a distorsionar tanto
la ciencia como la historia, haciendo más difícil el aprendizaje
de las otras versiones. Aunque en esta edición de Avances en el conocimiento
científico no se recomiendan determinadas simplificaciones para que
aprendan los alumnos, los profesores y los investigadores podrían sacar
provecho de lo que pueden aportar las versiones simplificadas a los conceptos
de los alumnos.
La gran revolución cosmológica que casi siempre
se asocia con el nombre de Nicolás Copérnico, constituyó
uno de los episodios de la historia que verdaderamente causaron un cambio, especialmente
de la idea que la mayoría de la gente tiene sobre su relación con
el Universo, y originó preguntas sobre la existencia humana, que aún
están aguardando una respuesta satisfactoria para todos. La revolución
copernicana amerita que se estudie, porque ilustra muchos aspectos del modo en
el que se entrelazan las ciencias, las matemáticas y la tecnología,
así como de las cooperaciones internacionales en favor de la ciencia.
Antes de estudiar este episodio en la enseñanza media, los alumnos
deben familiarizarse con el aspecto del cielo nocturno, cuando menos al grado
de haber observado la Luna, las estrellas y algunos de los planetas, a simple
vista y con ayuda de un telescopio. Tal familiarización debe reforzarse
con observaciones propias, películas y visitas a planetarios, para que
los jóvenes visualicen el fenómeno medular de la revolución
copernicana: el movimiento aparentemente irregular de los planetas en relación
con el fondo estelar.
Del
sexto grado de enseñanza elemental al segundo grado de enseñanza media
En esta etapa se puede establecer la base científica que prepare a los alumnos para la comprensión de los temas que originaron Copérnico y Galileo. Deben continuar sus observaciones a simple vista y mediante telescopio, complementadas con el empleo de libros de referencia, videocintas, programas de cómputo y visitas a planetarios. Se debe dar especial atención a las descripciones exactas del aspecto de la Luna, estrellas y planetas, vistos desde la Tierra, y al movimiento de los planetas en relación con las estrellas. El análisis de los modelos geocéntrico y heliocéntrico puede hacerse más tarde.
Al terminar el segundo grado de enseñanza media los alumnos deben saber que:
El
movimiento de un objeto siempre se juzga respecto a algún otro objeto o
punto, de modo que es engañosa la idea del movimiento o el reposo absoluto.
Los alumnos
necesitan reconocer claramente en esta etapa las características principales
del sistema heliocéntrico y compararlas con las del sistema geocéntrico.
Para las personas es difícil cambiar de cuadro de referencia, por lo que
resulta importante no apresurarse en el estudio de la historia, sino intentar
el cambio conceptual mediante muchos contextos fisícos. Hay películas
que muestran dificultades para discernir, entre dos objetos, cuál está
en movimiento. Asimismo, al estudiar los modelos planetarios es fácil confundirse
con las diferencias entre rotación y revolución, y puede que no
amerite esforzarse demasiado en comprenderlo en etapas tempranas.
Hay
que evitar mostrar el modelo de Copérnico a partir de su simplicidad, porque,
de hecho, matemáticamente no es más sencillo que el de Ptolomeo.
Los dos son bastante complejos, ambos usan círculos sobre círculos
y ambos predicen, bastante bien, dónde se van a ubicar los planetas después
de determinado tiempo. Hasta que Kepler inventó un sistema más exacto
con órbitas elípticas, la elección entre modelos se basaba
en el gusto. La disputa no terminó totalmente hasta que Newton demostró
que las órbitas elípticas de Kepler eran consecuencia natural de
las leyes del movimiento.
La revolución copernicana ilustra algunas
de las tensiones que se presentan entre la ciencia y la sociedad, cuando la ciencia
propone ideas que parecen violar el sentido común, o minar los valores
y creencias tradicionales. En el plan de estudio se debe incluir este aspecto,
pero no presentarlo como el triunfo de lo correcto sobre lo incorrecto o de la
ciencia sobre la religión. Para llegar a esta meta se pueden leer y discutir
en clase selecciones de Diálogo sobre dos sistemas de mundo de Galileo,
y Galileo de Brecht, además de comentarios de historiadores, con el fin
de comprender la controversia misma.
Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber
que:
Ptolomeo, astrónomo egipcio del siglo II d.C., inventó un poderoso
modelo matemático del Universo basado en un movimiento constante en círculos
perfectos, y de círculos sobre círculos. Con ese modelo pudo predecir
los movimientos del Sol, la Luna y las estrellas, y hasta el de las "estrellas
vagabundas" que ahora llamamos planetas.
Galileo presentó argumentos en favor y en contra de los dos conceptos principales del Universo, escritos en latín, idioma de los escolásticos de la época, de un modo que favorecía el nuevo punto de vista. Esto llevó el asunto a las personas instruidas de su época y creó controversia en los ámbitos político, religioso y científico.
Los alumnos deben conocer los diversos conceptos y leyes físicas relevantes, con diferentes grados de complicación, en distintos contextos de su aprendizaje, antes de entrar en la historia de las leyes de Newton.
La síntesis newtoniana explica las observaciones y especulaciones
de su tiempo, y unifica la percepción de la Tierra con la del cielo al proponer
un solo conjunto de leyes físicas para ambos. El estudio de la historia proporciona
a los alumnos una oportunidad excelente de tejer las hebras de sus conocimientos
en vistas de una apreciación coherente de la claridad y elegancia del trabajo
de Newton.
Del tercer grado de enseñanza media al tercer grado de enseñanza
media superior
Los alumnos de enseñanza media necesitan familiarizarse
con los fenómenos explicados y unificados en la síntesis newtoniana, los conceptos
fundamentales implicados en el modelo, y las matemáticas necesarias para conceptos
tales como la velocidad y la aceleración, la segunda ley del movimiento y la
ley de la gravitación.
Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior
los alumnos deben saber que:
Los alumnos se interesarán mucho en "la asombrosa magia" de la relatividad: el limite de la velocidad de la luz, el tiempo de desaceleración, el desprendimiento de energía nuclear y los agujeros negros. Este interés puede canalizarse a los puntos más importantes, como el que, bajo condiciones extremas, se pueden hacer las cosas muy distintas de nuestra experiencia ordinaria, y que actualmente la comprobación de una teoría científica no radica en su coincidencia con el sentido común, sino en que predice las observaciones conocidas y otras nuevas.
Una de las principales dificultades de la teoría de la relatividad es semántica, no científica. El concepto de Einstein de la relatividad no dice que "todo es relativo"; de hecho, el concepto de Galileo de la velocidad relativa se acerca más a esta Idea. En realidad, la teoría de Einstein sostiene que la velocidad de la luz es absoluta. Independientemente de cómo se mueva el observador, su medición de la velocidad de la luz siempre da el mismo resultado. Einstein reformuló las leyes que relacionan el espacio, el tiempo, la masa y la energía para que sean válidas para todos los observadores, sea cual sea su movimiento uniforme. Así que la "teoría de la relatividad" no trata tanto sobre lo que no es relativo, sino acerca de lo que silo es.
Del tercer grado de enseñanza medía al tercer grado de enseñanza media superior
La relatividad no es algo que se pueda aprender en los
grados elementales o intermedios, ni como ciencia ni como teoría. De hecho,
una total comprensión de la teoría de la relatividad se aleja mucho
de la capacidad de la mayoría de los jóvenes de 17 años,
pero es demasiado importante como para no tenerla en cuenta. Si se trata su contexto
histórico, en la enseñanza media superior es posible evitar el riesgo
de intentar enseñar sus detalles técnicos y matemáticos.
La meta principal debe consistir en que los alumnos vean que Einstein fue más
allá que Newton, cuya perspectiva del mundo incluyó en una teoría
más completa.
Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior
los alumnos deben saber que:
El joven científico alemán Albert Einstein, formuló la teoría especial de la relatividad, la cual originó cambios revolucionarios en la comprensión de la naturaleza. Diez años después propuso la teoría general de la relatividad que, junto con el trabajo de Newton, constituye uno de los mayores logros de la historia.
El cambio que propusieron los científicos del siglo XIX al concepto de la edad de la Tierra, varió desde unos miles hasta muchos millones de años. La edad estimada era inimaginablemente mayor que la de gran parte de las creencias. Se basó en la hipótesis de que las características terrestres, como montañas, valles, etc., se forman gradualmente mediante procesos que siempre, incluso hoy, han existido, y no mediante una creación instantánea. A las personas se les dificulta imaginar lapsos mucho mayores que la experiencia humana. Al eliminar la noción "sensible" de que la Tierra tiene cuando más algunos miles de años de edad, la ciencia provocó bastante oposición. La nueva teoría se basaba en la evidencia indirecta de los fósiles y las formaciones geológicas, y se respaldó en el concepto de la evolución biológica, menos aceptable todavía. Así, este episodio resulta adecuado para explorar las maneras en las que se puede estimar la edad de algo y para preguntar la relación entre la ciencia y las creencias populares.
Del tercer grado de enseñanza medía al tercer grado de enseñanza media superior
En este nivel, la historia se puede estudiar después que los alumnos hayan repasado algo de ciencias de la Tierra. Su aprendizaje los debe adentrar en imaginarse métodos indirectos para determinar la edad de las cosas que les rodean y para comparar esos métodos con los que emplean los investigadores. El análisis de la datación ofrece excelentes oportunidades de demostrar el empleo de la tecnología y las matemáticas en la ciencia.
Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:
La idea de que la Tierra puede ser inmensamente más vieja de lo que se creía, progresó a partir de la publicación de los Principios de Geología, de Charles Lyell, científico inglés, a principios del siglo XIX. El impacto del libro se debió tanto a la gran cantidad de observaciones que presentaba sobre las capas rocosas de las montañas y los lugares de diversos tipos de fósiles, así como del razonamiento cuidadoso que empleó para sacar inferencias de sus datos.
Al formular y presentar su teoría de la evolución biológica, Charles Darwin adoptó tanto el concepto de Lyell sobre la edad de la Tierra como su estilo de respaldar con gran cantidad de pruebas sus argumentos.
La historia de por qué la ciencia aceptó la idea de continentes en movimiento, ilumina el conservadurismo de la empresa científica. Al contrario de la imagen tan difundida de que los científicos se caracterizan por su radicalismo y por desechar instantáneamente ciertas creencias al demostrar hechos contrarios, el pasaje de la aparición de la tectónica es constancia de que a veces se requiere una inmensa acumulación de pruebas a lo largo de un gran lapso para provocar un cambio fundamental en lo que la mayoría de los científicos acepta como cierto. La historia de la aprobación de la teoría de tectónica de placas dependió de sus explicaciones convincentes y de las pruebas que la respaldaron. En su forma actual, la teoría moderna de la tectónica encuentra sentido para una gran cantidad de fenómenos de la superficie terrestre, lo cual constituye el principio unificador de la geología actual. En cierto sentido, la tectónica de placas sirve a la geología como el concepto de evolución a la biología.
Del
tercer grado de enseñanza media al tercer grado de enseñanza media superior
Ese hito histórico probablemente se deba presentar a los alumnos de enseñanza media superior después de haber conocido la descripción de la superficie terrestre, como las formas y la ubicación de continentes y cuencas oceánicas, la naturaleza de los terremotos y de los volcanes, su distribución en el mundo, etcétera.
Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:
A principios del siglo XX, Alfred Wegener, científico alemán, reintrodujo la idea de los continentes en movimiento, y agregó algunas pruebas: las formas submarinas de los continentes, la semejanza tanto de las formas de vida como de la tierra en las partes correspondientes de Africa y Sudamérica, y la cada vez mayor separación de Europa y Groenlandia. Todavía entonces fueron pocos los científicos que adoptaron su teoría.
Por su parte, la teoría de la tectónica de placas recibió la aceptación definitiva de la comunidad científica en la década de 1960, cuando se habían acumulado más pruebas que la respaldaran. Se vio que la teoría suministraba la explicación a un conjunto de fenómenos aparentemente no relacionados, y se contó con una explicación física, científicamente sólida, de cómo puede ocurrir ese movimiento.
F. Comprensión
del fenómeno del fuego
Aparte de la biografía de Lavoisler, esta sección
ilustra varios aspectos de la empresa científica: 1. el poder de los conceptos,
tal como el de la conservación de la materia; 2. la importancia de hacer
mediciones precisas, en este caso la de los productos de combustión; 3.
la manera en que a veces convergen líneas distintas de investigación,
como las de Lavoisier y Dalton, y 4. el papel de la comunicación en el
avance de la ciencia, aquí ilustrado por el sistema de Lavoisier, de nomenclatura
de las sustancias y de descripción de las reacciones.
Naturalmente,
Lavoisler y Dalton no son los únicos responsables del desarrollo de la
química. Por ello, para el estudio de la química y sus orígenes
se necesitará hacer intervenir otras corrientes. Sin embargo, Lavoisier
y la controversia acerca de la naturaleza de la combustión proporcionan
un toque dramático a la historia.
Del
sexto grado de enseñanza elemental al segundo grado de enseñanza media
Durante su formación, los alumnos deben tener la oportunidad de familiarizarse con muchos tipos de reacciones químicas en un laboratorio, con el comportamiento de. las cosas y su transmutación. También deben adquirir experiencia efectuando análisis cualitativos elementales de estos procesos. Con ello tendrán una base para el desarrollo de la historia de Lavoisier y Dalton, de la cual se les pueden presentar la teoría atómica y la de la conservación de la materia. Durante esta etapa, los alumnos también deben adquirir práctica en la descripción de las reacciones químicas en general, y de la combustión en particular, en términos de elementos, compuestos, átomos y moléculas. No se debe esperar que lleguen a dominar detalles de la estructura atómica o del enlace químico.
Al terminar el segundo grado de enseñanza media los alumnos deben saber que:
En esta etapa es tiempo de enriquecer la historia de Lavoisier presentando a Dalton, subrayando la importancia del empleo consistente del lenguaje, la clasificación y los símbolos científicos, para establecer la ciencia moderna de la química. Para algunos estudiantes, el análisis de los enlaces, ecuaciones y estructuras químicas reforzará la utilidad de las representaciones simbólicas.
Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:
Lavoisier inventó un campo totalmente nuevo de la ciencia, basado en una teoría de los materiales, las leyes físicas y los métodos cuantitativos, y con un núcleo común: la conservación de la materia. Persuadió a una generación de científicos de que su método enfoca mejor los resultados experimentales que otros sistemas químicos.
Ya que las ideas básicas de Lavoisier y Dalton siguen vigentes, el progreso de la química desde esa época ha hecho posible explicar, entre otras cosas, el enlazamiento entre los átomos durante las reacciones químicas en cuanto su funcionamiento interno. Un tema sumamente interesante es la historia del descubrimiento de la radiactividad y de la estructura del núcleo del átomo, junto con los increíbles resultados que les siguieron en este siglo. Ilumina varias cuestiones de la empresa científica, como el papel del descubrimiento accidental, la interdependencia de las diversas disciplinas, la capacidad que tienen las mujeres de colaborar en forma sobresaliente en las ciencias empíricas y teóricas, y el impacto de la ciencia en los asuntos mundiales.
Antes que los alumnos puedan apreciar la importancia
del trabajo de Pierre y Marie Curie y de otros científicos, deben haber
comprendido la idea de la relación entre masa y energía, y la física
de la fisión y fusión nuclear, así como estar familiarizados
con la historia general de la segunda Guerra Mundial y con los usos de la energía
nuclear en la posguerra. Antes de los grados intermedios nada se gana con entrar
en la historia de la radiactividad y la energía nuclear, porque los temas
son demasiado abstractos para los adolescentes, y la historia demasiado remota
para que les Importe. Quizá la primera presentación deba ser la
historia de Marie Curie, cuyas características atraerán la Imaginación
de niños y niñas, siempre y cuando los detalles técnicos
de su trabajo no sean los temas principales.
Al
terminar el segundo grado de enseñanza media los alumnos deben saber que:
Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:
Por la complejidad de las pruebas y los argumentos, es
probable que no se pueda lograr antes del nivel medio superior una comprensión
clara de la evolución de las especies. Por consiguiente, este tema debe
esperar a ser tratado por completo, o a acompañar sólo el estudio
de la ciencia. Pero los alumnos de grados anteriores estarán sentando
la base de las evidencias que tratan de explicar la teoría. El viaje
de Darwin a bordo del Beagle le inspiró las principales observaciones
que lo condujeron en su jornada intelectual hacia la idea de la evolución
mediante la selección natural. El Viaje del Beagle es una gran historia que
puede ilustrar el asombro de Darwin ante su descubrimiento, además de formar
un cuadro de los vastos y complejos procesos por los que atraviesan las ideas
científicas para su formación.
Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber
que:
Los
alumnos creen en la existencia de los gérmenes porque se les ha remachado
ese concepto desde su infancia. Pero en realidad no resultó fácil
demostrar la existencia de los microorganismos, y menos aún su relación
con determinadas enfermedades. El estudio del desarrollo de la teoría de
los gérmenes representa una oportunidad de apreciar atributos importantes
de la ciencia, como el que las investigaciones que pretenden resolver un problema
práctico conducen a descubrimientos científicos fundamentales, o
que un gran avance requiere del trabajo independiente de diversos investigadores.
Del
sexto grado de enseñanza elemental al segundo grado de enseñanza media
A diferencia de muchos otros episodios históricos, vale la pena iniciar el estudio de la teoría de los gérmenes durante los grados intermedios. La historia del descubrimiento de Pasteur acerca de que los microbios pueden causar enfermedades es sencilla; el que los alumnos comprendan la función de los microscopios en la observación directa de los gérmenes en los tejidos enfermos, y las implicaciones para la práctica sanitaria y la prevención de enfermedades son asuntos con los que cada estudiante se encuentra cotidianamente.
Al terminar el segundo grado de enseñanza media los alumnos deben saber que:
Pasteur deseaba encontrar lo que provocaba la descomposición de la leche
y el vino. Comprobó que la degradación y la fermentación
se originan cuando en las sustancias entran microorganismos del aire, se multiplican
rápidamente y producen sustancias de desecho. Después de mostrar
que se puede eliminar la degradación manteniendo alejados a los gérmenes
o destruyéndolos con calor, investigó enfermedades en animales,
y demostró que en éstas intervenían microorganismos. Después,
otros investigadores probaron que determinados gérmenes causan determinadas
enfermedades.
De la aceptación
de la teoría de los gérmenes en la enfermedad han resultado cambios
en las prácticas de salubridad. Antes de dicha teoría, la enfermedad
se trataba invocando poderes sobrenaturales o controlando los fluidos corporales
mediante el vómito, sangrías o purgas. Los métodos modernos
subrayan la sanidad, el manejo seguro del alimento y del agua, la pasteurización
de la leche, la cuarentena y las técnicas quirúrgicas asépticas
para apartar los gérmenes del organismo; las vacunas fortalecen el sistema
inmunitario mediante antibióticos y otras sustancias y procesos químicos
que destruyen a los microorganismos.
Los alumnos necesitan aprender sobre la naturaleza de
los medios, la distribución geográfica de los recursos materiales
y energéticos, además de la forma en que vivía y trabajaba
la gente del siglo XVIII y anteriores, para captar la esencia y el impacto de
la revolución industrial, cuyo estudio se considera como parte de la historia
del mundo, aunque con frecuencia se abrevian sus aspectos científicos y
técnicos.
Es éste un episodio tan importante en la experiencia
humana, que los alumnos deben aprender sus diversos aspectos en los grados elementales
e intermedios, en geografía, gobierno, literatura y ciencias, al igual
que en las clases de historia y tecnología. Una vez familiarizados con
la Revolución industrial del siglo XVIII, pueden compararla con la revolución
tecnológica del siglo XX.
Los alumnos deben adquirir algunos conocimientos acerca de la Revolución industrial en las Clases de ciencias sociales, así como en ciencia y tecnología, para poder captar cómo trabajan las máquinas y bombas de vapor.
Al terminar el segundo grado de enseñanza media los alumnos deben saber que:
En el siglo XIX, la mayor parte
de la producción se realizaba en los hogares en forma manual o con máquinas
pequeñas, movidas por la fuerza muscular, el viento o el agua corriente.
Con la nueva maquinaria y las máquinas de vapor que la movían, fue
posible reemplazar el trabajo artesanal con fábricas, empleando combustibles
como fuente de energía. En el sistema fabril se pueden combinar eficientemente
los materiales, la mano de obra y la energía.
Del
tercer grado de enseñanza media al tercer grado de enseñanza media superior
Una meta importante al tratar la Revolución industrial consiste en ayudar a que los alumnos comprendan este tema en su contexto contemporáneo. ¿Es la computadora el motor de vapor de nuestra época? O bien, ¿lo es el generador eléctrico?, ¿será la información tan importante, en la política y la economía, como la energía?, ¿qué impacto tienen la revolución química, y ahora la bioquímica, en la forma de vida y trabajo de la gente? Estas preguntas y otras sugieren algunos de los asuntos que deben examinar los alumnos en el impacto de la tecnología sobre la sociedad.
Al terminar el tercer grado de enseñanza media superior los alumnos deben saber que:
La Revolución
industrial se originó primero en Gran Bretaña, porque en ese país
se usó la ciencia de manera práctica, se tenía acceso por
mar a los recursos y mercados mundiales, y se tenía un exceso de agricultores
que aspiraban a ser trabajadores fabriles.