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ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA
CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR
Yenifer Johana Hernández León
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias
Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Bogotá, Colombia
2016
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA
CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de:
Magister en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Director:
Ph.D., JAIRO ALEXIS RODRIGUEZ LOPEZ
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias
Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Bogotá, Colombia
2016
Resumen y Abstract 3
Resumen
El siguiente trabajo relaciona cuatro elementos fundamentales en los que se basa: El
modelo y su relación con el modelo atómico de Bohr, los estudios de corte histórico-
epistemológico y la enseñanza-aprendizaje de las ciencias. Con esto se busca desarrollar un
enfoque donde se establece como eje central El modelo como principio fundamental y su
incidencia en el desarrollo del modelo atómico de Bohr. De esta forma, se considera importante
reconocer el análisis y caracterización de la implementación de una secuencia didáctica que con
lleve a la descripción, la percepción del modelo y la correlación de este con la enseñanza
aprendizaje del modelo atómico de Bohr con estudiantes de grado undécimo del Colegio
Champagnat de Bogotá.
Palabras claves:
Modelo, representación, estudio epistemológico, enseñanza, aprendizaje, modelo atómico, Bohr.
Abstract
The following four key elements related work on which it is based: The Model and its
relationship with Bohr's atomic model, cutting studies and historical-epistemological teaching
and learning of science. This seeks to develop an approach which is established as the core
model as a fundamental principle and its impact on the development of the atomic model of
Bohr. Thus, it is considered important to recognize the analysis and characterization of the
implementation of a teaching sequence that leads to the description, the perception model and
correlating this with the learning of the atomic model of Bohr with students of eleventh grade of
Champagnat Bogota School.
Keywords
Model, representation, epistemological study, teaching, learning, atomic model Bohr.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 4
CONTENIDO
Resumen .......................................................................................................................................... 3
INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 7
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................................... 10 1.
1.1 ANTECEDENTES ......................................................................................................... 11
1. Why we should teach the Bohr model and how to teach it effectively ...................... 11
2. Rise and premature fall of the old quantum theory .................................................... 12
3. Bohr’s atomic model revisited .................................................................................... 12
4. Early Atomic Models – From Mechanical to Quantum (1904-1913) ........................ 12
5. Constitution and Model: Bohr’s Quantum Theory and Imagining the Atom ............. 12
6. Sobre la estructura nuclear del átomo El Isospín como una explicación de la
estabilidad del núcleo. ........................................................................................................... 13
7. Aportes de la espectroscopia al planteamiento de la teoría atómica de la materia ..... 13
8. Imágenes del átomo: un producto del esfuerzo científico por comprender la estructura
de la materia. ......................................................................................................................... 13
9. Estudio histórico epistemológico del modelo atómico de Rutherford ....................... 14
10. Hacia una historia epistemológica de la química, Átomo. ......................................... 14
11. Los Modelos Atómicos desde la perspectiva de la historia y filosofía de la ciencia: un
análisis de la imagen reflejada por los textos de química de bachillerato. ........................... 14
1.2 JUSTIFICACIÓN........................................................................................................... 15
1.3 OBJETIVOS................................................................................................................... 17
1.3.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................. 17
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................... 17
ANÁLISIS EPISTEMOLÓGICO DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN .......... 18 2.
2.1 DEFINICIÓN DE MODELO......................................................................................... 18
2.2 EL MODELO COMO REPRESENTACIÓN DESDE LA CIENCIAS ........................ 19
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 5
2.3 EL MODELO COMO REPRESENTACIÓN EN LA ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
22
....................................................................................................................................................... 23
2.4 LAS NOCIONES COMO MOMENTO DE EVOLUCIÓN DEL PENSAMIENTO .... 24
2.5 EL MODELO CIENTÍFICO Y DIDÁCTICO COMO REPRESENTACIÓN EN LA
ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS. ....................................................................................... 26
ENSEÑANZA DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR................................................... 28 3.
3.1 PERFIL EPISTEMOLÓGICO DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR ...................... 29
3.2 LA ENSEÑANZA DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR EN EL AULA ................ 30
3.3 LA APARICIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR ........................................... 32
3.4 INCIDENCIA DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN EN LA
COMPRENSIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR ..................................................... 42
ENSEÑANZA PARA LA COMPRENSIÓN Y CONSTRUCTIVISMO MODERADO 4.
COMO HERRAMIENTA PARA LA ENSEÑANZA APRENDIZAJE DEL MODELO
ATÓMICO DE BOHR ............................................................................................................. 44
4.1 ACTIVIDAD 1: CONSTRUCCIÓN DEL PENSAMIENTO A PARTIR DEL
MODELO COMO REPRESENTACIÓN ................................................................................ 47
4.2 ACTIVIDAD 2: ANALIZANDO Y CARACTERIZANDO MODELOS Y TEORÍAS
FÍSICAS .................................................................................................................................... 48
4.3 ACTIVIDAD 3: PROCESO DE EXPERIMENTACIÓN, EXPLICACIÓN, ANÁLISIS
Y DEDUCCIÓN DE HIPÓTESIS DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR. .......................... 49
4.4 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LA SECUENCIA DIDÁCTICA ............................ 51
PRIMERA SESIÓN ...................................................................................................................... 52
SEGUNDA SESIÓN .................................................................................................................... 54
TERCERA SESIÓN ..................................................................................................................... 56
CONCLUSIONES ............................................................................................................. 59 5.
REFERENCIAS ................................................................................................................. 61 6.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 6
A. ANEXO: Actividad 1- Construcción del pensamiento a partir del modelo como
representación ........................................................................................................................... 65
B. ANEXO: Actividad 2- Analizando y Caracterizando teorías ........................................ 67
C. ANEXO actividad 3: Caracterizando los espectros de emisión de elementos ............... 73
LISTA DE ESQUEMAS, FIGURAS Y TABLAS
Esquema 1- Parámetros organizados en el segundo capítulo ............................................................. 18
Esquema 2- Esquema abreviado acerca de las relaciones entre la epistemología, la ciencia, la
enseñanza y el aprendizaje. .................................................................................................................. 20
Esquema 3- Esquema abreviado acerca de las relaciones entre el Modelo y su enfoque
epistemológico, la ciencia y la Enseñanza y Aprendizaje ................................................................... 23
Figura 1- Modelo atómico propuesto por J.J. Thomson ..................................................................... 32
Figura 2- Modelo atómico propuesto por Rutherford. ........................................................................ 33
Figura 3- Orbitas de Bohr del número cuántico .............................................................................. 36
Grafico 1- El momento angular orbital de los electrones en los atomos ......................................... 38
Grafico 2- Cuantización espacial del momento angular del electron ................................................. 41
Grafico 3- Cuantización espacial del momento angular del electron en la coordenada z .................. 42
Grafico 4- Cuantización espacial tridimensional del momento angular del electron en
la coordenada z ................................................................................................................................... 42
Tabla 1- Resultados de actividades en la primera sesión .................................................................... 53
Tabla 2- Análisis de lo discutido en clase por cada grupo .................................................................. 55
Tabla 3- Análisis de las hipótesis planteadas por cada grupo ............................................................. 56
Tabla 4- Recolección de aprendizajes de cada grupo sobre la práctica .............................................. 57
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 7
INTRODUCCIÓN
La enseñanza y el aprendizaje de las ciencias son acciones que se desarrollan
frecuentemente en el aula y que permiten tanto al estudiante como al docente formalizar una
relación fluida entre un conocimiento científico y su quehacer cotidiano; pero establecer una
base de estrategias que favorezcan esta relación es una tarea que, para el docente, no se da
fácilmente en su contexto, es necesario hacer oportunas decisiones en la selección de las
herramientas que consoliden tales estrategias y permitan dicha formalización.
De esta forma se considera fundamental discutir acerca del razonamiento basado en
modelos, entendiendo los modelos como formas representacionales con las cuales nuestros
estudiantes representan internamente los conceptos científicos. Para ello se recurrirá a la historia
como fuente de conocimiento y a la epistemología como campo de interés, no sólo para los
especialistas en esta rama del conocimiento, también para quienes se ocupan de los problemas de
la didáctica de las ciencias experimentales, ya que este tipo de aproximaciones permite alcanzar
una comprensión de la dinámica de producción de conocimiento. (Uribe Beltrán & Cuéllar
Fernández, 2003)
Se discutirá, entonces, a propósito del modelo como representación, basado generalmente
en analogías, que se construyen contextualizando cierta porción del mundo que consideramos
como real. (Chamizo, 2010)
Para iniciar, se hace necesario reconocer las causas de las problemáticas que este trabajo
manifiesta y que se desarrollan dentro de un contexto educativo. Entre tantas, la primordial es la
forma en la que el docente organiza sus estrategias metodológicas, porque una de las bases del
éxito de los procesos de enseñanza y aprendizaje en ciencias puede radicar en lograr relacionar
los conceptos y contenidos abstractos con la realidad concreta y cotidiana. Por ejemplo, la
construcción de modelos para llegar a las teorías atómicas más modernas y complejas se
desarrolló a través de un proceso de deducciones, experimentos, inferencias y conclusiones que
avanzaron en el camino de describir algo que no se puede ver directamente. Otra situación que
permite afirmar lo anterior radica en las pocas analogías que existen en los textos de ciencias,
específicamente de física, en donde no se le dedica un espacio de reflexión y detalle a cada uno
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 8
de los modelos atómicos. (Fernández, González, & Moreno, 2003)
Por tales razones, el presente trabajo se fundamenta en cuatro elementos primordiales
conectados entre sí mediante dos relaciones: El modelo como representación y su relación con el
modelo atómico, los estudios de corte histórico-epistemológico y su relación con la enseñanza y
el aprendizaje de las ciencias. Se pretende, mediante la interacción de estos elementos,
desarrollar una discusión que establezca, como eje central, el modelo como principio
fundamental y su incidencia en el desarrollo del modelo atómico de Niels Bohr (1885 – 1962).
Para la organización de la discusión se expone en primer lugar el objeto de la
investigación estableciendo objetivos, estructurando el problema en contexto y especificando la
metodología y los alcances de la propuesta. Posteriormente, en el segundo capítulo, se aborda el
modelo como herramienta para incursionar en la epistemología y significar que las leyes, la
razón, la experiencia, la inducción y la deducción no son las únicas formas de obtener
conocimiento, también los modelos como representaciones nos permiten formar imágenes
concretas de conceptos abstractos. (Garritz, 2005)
La fundamentación filosófica de esta propuesta se establece a partir de los planteamientos
de Gastón Bachelard (1864 – 1962), precursor de la noción de perfil epistemológico. (Bachelard,
2003) De este modo, se podrá caracterizar y tipificar el modelo como analogía de sistemas reales
para aproximar una respuesta admisible desde un perfil epistemológico1 con la que se pretende
contrastar las diferentes nociones básicas y complejas de estos sistemas para dar significado a la
filosofía de la ciencia.
Para finalizar el segundo capítulo se prosigue con el tratamiento del significado de
modelo y su posición dentro de la enseñanza y el aprendizaje como herramienta para la
obtención de un conocimiento con aspecto racional.
1 Realizar el perfil epistemológico de un concepto significa rastrearlo en sus diversos momentos y en sus diversas aplicaciones
para hacernos conscientes de las virtudes de cada uno, pero sobre todo de sus carencias e impulsar al concepto por caminos no
recorridos, no experimentados. (Juárez Zarazoga, 2011)
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 9
En el tercer capítulo se ofrece una relación entre el estudio del modelo desde un enfoque
epistemológico y el desarrollo del modelo atómico de Bohr. A lo largo de la historia de las
ciencias los científicos han mostrado interés por conocer la estructura de la materia y la
naturaleza y comportamiento de los átomos que la conforman, de igual forma la historia da
cuenta de las dificultades con las que se enfrentaron para llevar a cabo esta empresa: los átomos
son tan pequeños que no pueden ser observados o tocados directamente, por lo que se hizo
necesario hacer estudios indirectos de sus manifestaciones para obtener datos y construir un
modelo que los describa. Así fue como se hizo en el siglo XX y así es como se hace aun hoy
(Chamizo, 2010). Como resultado se afirma que las conexiones que Niels Bohr dibujó entre la
física, el lenguaje y la filosofía, se trazan históricamente y su validez se analiza a la luz de la
ciencia contemporánea.
El diseño metodológico permite organizar la presentación de tal forma que los cuatro
elementos expuestos anteriormente no se desliguen, ya que la relación entre ellos manifiesta el
desarrollo y la fundamentación para el proyecto de investigación, dando lugar a la necesidad de
la utilización de modelos, que se constituye en herramienta fundamental para la construcción y
desarrollo de los diferentes modelos atómicos.
Por último, la principal apuesta de este trabajo radica en poner de manifiesto la
implementación del modelo como herramienta fundamental para escudriñar un poco más en los
procesos cognitivos de aprendizaje y comprensión del modelo atómico. Conocer el razonamiento
basado en modelos de profesores y estudiantes, es fundamental en el campo de la enseñanza de
las ciencias, ya que nos permite entender mejor los procesos de construcción, evolución y
cambio de esas representaciones y encarar entonces desde el punto de vista educacional, la tarea
de la facilitación, de la enseñanza y aprendizaje significativo de las ciencias. (Moreira, Greca, &
Rodriguez Palmero, 2002).
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 10
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.
Las ciencias físicas, en su desarrollo contemporáneo pueden caracterizarse
epistemológicamente como campos del pensamiento que rompen claramente con el
conocimiento vulgar. El sólo hecho del carácter indirecto de las determinaciones de la realidad
científica nos sitúa en un nuevo reino epistemológico. Por ejemplo, mientras se trataba, en un
espíritu positivista, de determinar los pesos atómicos, la técnica- sin duda muy precisa- de la
balanza era suficiente. Pero cuando en el siglo XX se escogen y se pesan los isótopos, se necesita
de una técnica indirecta. El espectroscopio de masa indispensable para esta técnica está basado
en la acción de los campos eléctricos y magnéticos. Es un instrumento que se puede calificar de
indirecto si se compara con la balanza (Bachelard, 1989)
De este modo y a lo largo de la historia se han presentado variedad de situaciones en las
que no es suficiente un instrumento directo para medir o hacer experimentos sobre la naturaleza
física de algo. Tal es el caso del átomo, en donde paso a paso se descubrieron las partículas que
lo conforman; cada vez que se descubría una nueva partícula, se elaboraba un modelo de átomo
más avanzado. A su vez, con cada nuevo modelo se intuía la existencia de partículas adicionales,
las cuales se buscaban y muchas veces se encontraban. Otras veces se construían novedosos
modelos, hasta llegar a las teorías atómicas más modernas y complejas. Una vez más, a través de
un camino de deducciones, experimentos, inferencias y conclusiones se va avanzando en la tarea
de describir algo que no se puede ver directamente (Garritz, 2005)
En su artículo “Epistemología y Didáctica de las Ciencias, un Análisis de Segundo
Orden” Rupérez afirma que la epistemología es en producto una reflexión sobre la ciencia, sobre
sus fundamentos, sus métodos, y su modo de crecimiento, no constituye una construcción
racional aislada en las alturas de su nivel metacientífico sino que forma parte de un entramado de
relaciones fluidas con la ciencia, algunas de las cuales tienen una indiscutible dimensión práctica
(Lopez Ruperez, 1990). Aproximando una relación entre estas afirmaciones y la enseñanza de la
física, encontramos que ésta se caracteriza epistemológicamente por medio de campos de
pensamiento en los que se desarrolla frecuentemente un conocimiento de forma práctica,
independientemente desde la experiencia, las leyes de la naturaleza, la razón o las
representaciones. De modo semejante con la utilización de modelos, también se obtiene un nivel
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 11
de práctica más reflexivo, ya que el uso de modelos aparece con mayor frecuencia en trabajos de
investigación en enseñanza de las ciencias y de la física en particular.
Por lo tanto, el planteamiento del problema se hace desde una perspectiva didáctica
(enseñanza y aprendizaje) en donde los estudios de corte histórico-epistemológico acerca del
modelo son fuentes organizadoras de conocimiento basadas en la existencia de la ruptura con un
conocimiento común. Entonces se hace una contextualización a partir de las habilidades y los
intereses que tiene el maestro como productor de conocimiento y que utiliza el razonamiento
basado en modelos para llegar a la producción de conceptos abstractos que quiere que el
estudiante conciba como realidad.
En consecuencia, la pregunta que da forma al problema es ¿De qué manera la utilización
de modelos desde una perspectiva epistemológica se constituye una herramienta fundamental
para la construcción y desarrollo del modelo atómico de Bohr y su comprensión en las clases
de física de grado undécimo en el Colegio Champagnat de Bogotá?.
1.1 ANTECEDENTES
1. Why we should teach the Bohr model and how to teach it effectively
Este trabajo es presentado por: S. B. McKagan, K. K. Perkins, and C. E. Wieman, departamento
de física, Universidad de Colorado y Universidad de Columbia Británica. El artículo contiene
información acerca de la inhibición que tienen algunos docentes en la enseñanza de modelo
atomico de Bohr Presenta los resultados del diseño de un plan de estudios sobre a enseñanza y
aprendizaje del modelo atómico de Bohr, además de examinar las descripciones realizadas por
los estudiantes sobre los diferentes modelos atómicos en particular el de Bohr, finalizan
convluyendo que de acuerdo a los análisis estudiados en los planes implementados con los
estudiantes se encuentran que la comprensión de las razones para el desarrollo de modelos es
mucho más difícil para los estudiantes que la comprensión de las características de los modelos.
También presentan las simulaciones por ordenador interactivos diseñados para ayudar a los
estudiantes a construir modelos del átomo con mayor eficacia.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 12
2. Rise and premature fall of the old quantum theory
El autor Manfred Bucher en el año 2008 del departamento de física de la universidad del
estado de California, presenta conceptualmente el modelo atómico de Bohr y Sommerfeld
dando a conocer porque el modelo no es aceptado teóricamente a nivel científico
reconociendo los errores que particularmente Niels Bohr comete en su modelo. Reconoce la
forma en que estos científicos presentan los números cuánticos angulares, el momento
angular del electrón alrededor del átomo, la geometría de la órbita…etc. No obstante el
atractivo visual de Bohr-Sommerfeld sigue estando vigente en el contexto pedagógico
comprendiendo el carácter abstracto de la mecánica cuántica.
3. Bohr’s atomic model revisited
Este trabajo escrito por F. Caruso del Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas y Dr. Xavier
Sigaud y Rio de Janeiro, RJ, Brasil, realiza un recorrido teórico conceptual del modelo atómico
de Bohr, mostrando los postulados del científico basados en el modelo atómico de Rutherford,
además de la matematización en los niveles de energía y la cuantización del momento angular y
el electrón como un oscilador armónico.
4. Early Atomic Models – From Mechanical to Quantum (1904-1913)
Escrito por Charles Baily del departamento de física de la Universidad de Colorado. Donde se
hace un recorrido histórico de los modelos atómicos que contribuyeron al trabajo descriptivo y
razonable del modelo atómico cuántico, empezando por el modelo atómico de Thomson quien
tenía una mirada “corpuscular” de los átomos y le modelo atómico de Rutherford quien situó
mejor la exploración al interior del átomo y midiendo cuidadosamente le permitió inferir la
existencia de un núcleo, finalmente el escrito deja entendido que Niel Bohr se dedicó
particularmente en la inestabilidad de radiación inherente a cualquier átomo de la mecánica,
además de tener éxito en la predicción de espectros de emisión.
5. Constitution and Model: Bohr’s Quantum Theory and Imagining the Atom
Trabajo escrito por Giora Hon del departamento de filosofía de la universidad de Haifa y
Bernard R, Goldstein de la escuela de Dietrich de Artes y Ciencias, Universidad de Pittsburgh,
EE.UU, en el 2005. donde explica que le modelo atómico de Bohr comienza sus raíces en las
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teorías de Ernest Rutherford, Joseph J. Thomson y John W. Nicholson, Bohr no realizo o
argumento su teoría en términos de los modelos anteriores, el contrasta revelando un carácter
filosófico en su teoría atómica, en el recorrido histórico y filosófico que realizan los dos autores
de este escrito, se argumenta que Niels Bohr evita intencionalmente el concepto de modelo
dando a conocer que no es una palabra adecuada para tu teoría, estaba interesado es descubrir un
pequeño pedazo de la realidad.
6. Sobre la estructura nuclear del átomo El Isospín como una explicación de la
estabilidad del núcleo.
Este título hace referencia a la monografía presentada para optar el título de licenciada en física.
Realizada por Jenny Alexandra Garzón Villalba. El trabajo contiene un contexto histórico donde
presenta la pertinencia de este con relación a las teorías atómicas para explicar un sistema más
complejo que este: El núcleo atómico. Además trabajo sobre los conceptos dados de imagen y
representación asociados a cada una de las explicaciones sobre la estructura de la materia de
carácter intuitivo. También presenta una reflexión sobre la fenomenología de las teorías atómicas
y nucleares a finales del siglo XIX, concluyendo con un estudio sobre el concepto de Isospín; se
hace explicita la importancia de la actividad experimental en la construcciones de tales teorías.
7. Aportes de la espectroscopia al planteamiento de la teoría atómica de la materia
En este trabajo se presenta un análisis descriptivo sobre la espectroscopia el cual comienza con la
teoría de Rutherford y la suposición de la existencia de un núcleo cargado positivamente en el
interior del átomo todo ello con la idea de presentar los aportes que los estudios de espectros
hicieron en la complementación de la teoría atómica de la materia. Por Diego Javier Gaitán.
(2009) como requisito para optar el título de Licenciado en Física.
8. Imágenes del átomo: un producto del esfuerzo científico por comprender la estructura
de la materia.
En este escrito se hace un análisis interpretativo de la idea de átomo, en el que se presentan
cuatro concepciones que están presentes en la historia del átomo y que ven la necesidad de
resaltar este camino ya que desde el punto de vista de la enseñanza de la física es necesario que
tanto el docente como el estudiante sean conscientes de la complejidad de los conceptos, es decir
que sea consciente del contexto histórico y conceptual y de las rupturas que este ha sufrido. Por
P. Cabrera y C. Naizaque como requisito para optar el título de Licenciado en Física.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 14
9. Estudio histórico epistemológico del modelo atómico de Rutherford
En este artículo se hace un análisis del modelo atómico de Rutherford desde el punto de vista
histórico-epistemológico. La historia interna que se estudia empieza con el modelo atómico de
Thomson, los problemas que presentó y la solución dada por Rutherford, y el modelo de Bohr,
que resolvió algunas de las preguntas que se suscitaron a partir del modelo anterior, con la
mirada desde la mecánica cuántica. Por Uribe Beltrán. M.V. Docente Universidad de la Sabana.
Cuellar Fernández L, Maestría en Docencia de la Química.
Otros espacios académicos
10. Hacia una historia epistemológica de la química, Átomo.
Este título referencia un libro, sin embargo los autores lo presentan de forma virtual como blog,
en donde dan a conocer la historia y la epistemología que gira alrededor de la teoría atómica, y
los modelos atómicos planteados por cada científico en su época.es presentado por Cubillos G.,
Poveda F., Villaveces J.L. Academia Colombiana de Ciencias (1989).
11. Los Modelos Atómicos desde la perspectiva de la historia y filosofía de la ciencia: un
análisis de la imagen reflejada por los textos de química de bachillerato.
En este artículo se comienza afirmando que recientes estudios han señalado que la interpretación
que dan los textos universitarios de Química General de la evolución de la ciencia, contradice los
eventos históricos. El presente estudio tiene como propósito fundamental analizar en qué grado,
la imagen que presentan los textos de bachillerato sobre la evolución de los modelos atómicos,
concuerda con el enfoque actual de la Historia y la Filosofía de la Ciencia. Para ello se
analizaron 27 textos de Química de bachillerato (16 de noveno grado y 11 de primer año de
ciencias). Se utilizaron una serie de criterios racionales que reflejan el enfoque actual de la
Filosofía de la Ciencia y que permitieron evaluar, cualitativamente, el enfoque de los textos
sobre los modelos atómicos de Thomson, Rutherford y Bohr. Por Ysmandi Páez, María A.
Rodríguez. España.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 15
1.2 JUSTIFICACIÓN
El razonamiento basado en modelos, nos permite disponer de un sistema de conocimiento
diferente en donde se pueden rastrear mecanismos a través de los cuales se producen nuevas
representaciones científicas a partir de las anteriores: “hoy se asume que no aprehendemos el
mundo directamente, sino que lo hacemos a partir de las representaciones que de ese mundo
construimos en nuestras mentes” (Moreira, Greca, & Rodriguez Palmero, 2002). Se reconoce
entonces que se puede disponer de los modelos como elemento mediador para efectuar una
comunicación entre el docente y el estudiante, comunicación en la que las dificultades del
lenguaje cotidiano son brechas que se pueden ir cerrando para luego considerar un lenguaje
científico.
De este modo, es importante resaltar que existe diversidad de modelos en los que el
maestro se puede enfocar para concebir una estrategia metodológica completa que asegure que
las representaciones que los estudiantes puedan tener no queden expresadas en un lenguaje
común.
Cabe resaltar que el proyecto de investigación también busca proporcionar nuevas ideas
para la enseñanza de las ciencias, encaminado al modelo atómico como eje de referencia, porque
la enseñanza del átomo presenta un problema y es la comprensión de su estructura y su forma.
Entender el tamaño del átomo refiere a la idea de algo no observable y palpable, entonces es allí
donde se encuentra la gran facilidad de relacionar la existencia y el tamaño de un átomo con el
modelo mental. Por consiguiente, los modelos atómicos se representan como un modelo mental,
organizado con un lenguaje totalmente científico para cada una de las representaciones que la
comunidad científica admite.
En los libros de texto y en el aula, aparecen aun presentadas de forma cronológica las
diferentes propuestas acerca de los modelos de átomo: Los científicos Demócrito (filósofo griego
c. 460 a.C. – c.360 a.C.), John Dalton (químico británico 1766 – 1844), J.J Thomson (científico
británico 1856 – 1940), Ernest Rutherford (químico y físico neozelandés 1871 - 1937) y Niels
Bohr (físico danés), son los más frecuentados de forma mecánica, en consecuencia se puede
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 16
preguntar ¿Qué pasa con el conocimiento que se obtiene a partir de los modelos o de un sólo
modelo?, o simplemente se podría pensar que toda esta es una cantidad de información que se
entrega al estudiante. Desde esta perspectiva, se considera que los estudiantes no son pasivos
recipientes de información, sino activos constructores de su conocimiento (Perkins, 1999) de tal
manera que aprender ciencias significativamente implica que los estudiantes sean capaces de
recrear esas teorías en sistemas de representación internos de conceptos relacionados, y no como
simples listas de hechos y fórmulas, que es lo habitual en los materiales curriculares y en las
aulas de ciencias.
Por último, se debe resaltar que el estudio de corte histórico- epistemológico es elemento
fundamental para el desarrollo del proyecto, teniendo en cuenta que la historia y la epistemología
son fuentes de conocimiento formal y racional. Y desde allí vale realmente como conocimiento
ya que existe, además, una relación con la enseñanza y el aprendizaje en tanto forma parte de un
consenso a veces tácito, a veces explicito, dentro de la comunidad científica que trabaja en el
ámbito de la didáctica de las ciencias.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 17
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL
Establecer una secuencia didáctica por medio de un estudio de corte histórico-
epistemológico, las relaciones que el razonamiento basado en modelos aporta en la concepción
del modelo atómico de Bohr en la enseñanza y el aprendizaje de la física de grado undécimo en
el Colegio Champagnat de Bogotá.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar textos base que permitan el análisis del modelo como fuente organizadora de
conocimiento desde una perspectiva histórica-epistemológica.
Utilizar la historia como fuente para la indagación del desarrollo del modelo atómico
particularmente el de Niels Bohr y de las ideas que éste fue gestando a partir de modelos
precedentes.
Implementar una estrategia didáctica que facilite la apropiación de los conceptos básicos para la
enseñanza-aprendizaje del modelo atómico de Bohr.
Diseñar talleres experimentales que relacione el razonamiento basado en modelos para la
concepción del modelo atómico de Bohr
Explorar las necesidades y aprendizajes a las que responden los estudiantes luego del diseño y la
implementación de la secuencia didáctica desde el razonamiento basado en modelos para el
aprendizaje del modelo atómico de Bohr.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 18
ANÁLISIS EPISTEMOLÓGICO DEL MODELO COMO 2.
REPRESENTACIÓN
Los modelos son representaciones mentales (sin importar la forma de representación) que
los científicos utilizan para razonar (Nersessian, 1999) y por tanto favorecen la construcción y
utilización del conocimiento científico. De este modo, por ser productos del pensamiento
humano, al ser utilizados para la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias, ellos permiten
simplificar fenómenos complejos y ayudan en la visualización de entidades abstractas. En lo que
sigue, se discutirá acerca del modelo como representación teniendo en cuenta los siguientes
elementos:
2.1 DEFINICIÓN DE MODELO
El concepto de modelo se ha estudiado a lo largo de la historia, siendo trabajado en
contextos como el de la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias naturales, sin dejar a un
lado las ciencias sociales, la educación y la cotidianidad; cuando el modelo se ve reflejado en
estos contextos presenta diferentes facetas que le otorgan diversas razones al porqué de su
existencia.
Desde su significado, el modelo normalmente se considera como una representación
que se sigue o imita con un fin dado, por ello en el mundo existen objetos o formas a seguir
como el caso de las prendas que son exhibidas por un modelo para dar cuenta de su utilidad y
gracia a la hora de lucirlas, o la valentía de un guerrero, la inteligencia de un sabio, la
solidaridad de un médico, la velocidad de un corredor y la belleza de una mujer, estos son
EL MODELO
Desde una perspectiva
Como Con
carácter
Concepto
Científico
Didáctico
Epistemológica
Esquema 1
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 19
ejemplos de modelos en este sentido. También lo están los modelos curriculares para dar una
mayor organización dentro de un sistema pedagógico, los modelos gráficos, los científicos y
los didácticos, entre otros.
Sin embargo, la idea de modelo ha trascendido diferentes escenarios, en unos más que
otros, dando cuenta de su frecuencia y mayor importancia en la interpretación del carácter del
pensamiento y de la actividad de los científicos (Gallego, 2004), en este caso no es sólo un
modelo social el que se sigue sino también un modelo en el que las relaciones con un mundo
que se quiere entender son más habituales: un modelo desde un enfoque científico y
didáctico.
De acuerdo al contexto, el modelo que se sigue dentro del presente trabajo, es un
modelo que está ligado a la enseñanza de la física (modelo didáctico) y a su vez a la
interpretación del modelo atómico de Bohr (modelo científico) que será expuesto más
adelante.
2.2 EL MODELO COMO REPRESENTACIÓN DESDE LA CIENCIAS
A diferencia de los modelos que se siguen particularmente en la sociedad, el modelo que
se pretende estudiar aquí está relacionado con la enseñanza de las ciencias particularmente la
física y el desarrollo investigativo que tuvo Niels Bohr con su modelo de átomo, dando así al
modelo un enfoque epistemológico y permitiéndonos disponer de un conocimiento diferente en
el cual los conceptos dados en la enseñanza de las ciencias son un conjunto de formas
fundamentadas en la razón.
Normalmente la epistemología es un mecanismo por el cual se nos permite hablar de
conocimiento humano y también de actividad científica, otorgando un carácter adicional a la
estructura de pensamiento que desarrolla el hombre, sin embargo existen más motivos que se
encuentran ligados al conocimiento y al desarrollo científico ¿de qué manera asociarlos?, la
epistemología es en producto una reflexión sobre la ciencia, sus fundamentos y su modo de
crecimiento que forman un entramado de relaciones fluidas con la enseñanza de la ciencias
haciendo de ella algo más práctico y reflexivo.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 20
De acuerdo con lo anterior se presenta de manera esquemática la representación de un
entramado de relaciones entre la epistemología, la ciencia, la enseñanza y el aprendizaje.
Las relaciones que se dan son:
1. La aparición de la epistemología para dar forma al quehacer científico y entendida
como la teoría de la ciencia y la investigación (Guillén, 2007).
2. El impacto de la epistemología presente en la enseñanza de la física.
3. Intuir la importancia de la epistemología para favorecer aprendizajes más
significativos.
4. Enseñanza y Aprendizaje dos factores importantes presentes en el aula.
5. El papel de la historia y la filosofía para la enseñanza de las ciencias.
6. Las aportaciones de enfoques didácticos para el aprendizaje de las ciencias.
En el esquema 2. Se muestra cómo la epistemología encaja y armoniza cada una de las
partes que conforman un sistema de conocimiento científico, en donde los niveles conceptuales
juegan un papel primordial dentro de la enseñanza y el aprendizaje. En un primer momento la
filosofía le da forma a la epistemología considerándola como carácter del conocimiento humano
enfocado en las ciencias, de la misma forma como el hombre intenta comprender la naturaleza de
manera que ésta sea inteligible para él, por ejemplo la física cuántica o más bien la enseñanza de
EPISTEMOLOGÍA
CIENCIA
ENSEÑANZA
APRENDIZAJE
5 6
2 3
1
4
Esquema 2
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 21
la física cuántica parece estar muy alejada de una comunidad que quiere saber de ella, una
comunidad que no es precisamente científica o solo ésta es la que parece estar adyacente, los
formadores de estas teorías. En este orden de ideas es oportuno expresar lo siguiente:
“Debido al alto nivel de elaboración requerido para la formulación de las teorías
físicas modernas, fácilmente se tiene la impresión de que se requieran dotes
intelectuales extraordinarios para hacer de ellas algo inteligible o que el mundo
físico, al cual ellas se refieren, es algo ininteligible. Ambas conclusiones inducen
al estudiante a renunciar a entender las implicaciones de lo que las teorías físicas
dicen sobre el mundo” (Bautista R, 2013).
Siguiendo esquemáticamente la relación que existe entre la epistemología y las demás
formas de acción que se presentan, se acrecienta la dificultad de conocer o entender “el mundo
físico” y con ello se ven relacionadas temáticas como la enseñanza de la física cuántica, un tema
necesariamente inteligible dentro de la comprensión epistemológica de un conjunto de acciones
realizadas por una comunidad científica, acciones como toma de datos, montaje de experimentos
que llevaron a conflictos con las teorías ya aceptadas en la época.
La descontextualización existente, manifiesta en los libros de física relacionados con la
mecánica cuántica y la enseñanza dentro del aula, resulta en que el estudiante termine por no
comprenderla; no basta mostrar teorías ya formalizadas, es necesario la contextualización y otros
aspectos también relacionados particularmente:
• “Imágenes del mundo físico”
• Supuestos epistemológicos que sustentan la actividad de los físicos
• Las nociones que el sujeto construye y que sirven como base para la
elaboración
Teniendo en cuenta las ideas de Cualidad, Estado y Observación. (Bautista R, 2013).
Con lo anterior se sitúa un ejemplo claro sobre el desarrollo de una temática emergente
dentro de la física, donde se involucran la enseñanza y el aprendizaje de algún tema en particular
expuesto por la ciencia y la presencia de la epistemología como supuesto que sustenta la
actividad científica para el desarrollo de un conocimiento científico.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 22
2.3 EL MODELO COMO REPRESENTACIÓN EN LA ENSEÑANZA-
APRENDIZAJE
Siguiendo con los demás elementos esquematizados, la enseñanza y el aprendizaje son
dos factores importantes presentes en el aula, son acciones que allí se dan frecuentemente,
desarrolladas por el papel que juegan el docente y el estudiante. Epistemológicamente las
temáticas dadas por el docente deben ser fundamentadas, es necesario que éste sea
particularmente capaz de llegar a una transposición didáctica en donde el conocimiento científico
sea un conocimiento posible de ser enseñado en el aula e impulse al estudiante a ser un activo
desarrollador de su propio conocimiento.
Las aportaciones didácticas para el aprendizaje de las ciencias son continuas, de manera
que dentro de la enseñanza y el aprendizaje de estas existe la posibilidad de analizar desde un
punto de vista epistemológico la presencia del Modelo, ya sea científico o didáctico como
soporte para la explicación de un mundo real e inteligible. El Modelo dentro de la didáctica de
las ciencias ha ido evolucionando hacia la acomodación de evidencias empíricas acerca de
hechos observados además, como instrumento que puede facilitar la comprensión de los
estudiantes sobre diversos aspectos relacionados con la naturaleza de la ciencia, contribuyendo
así mismo a desarrollar habilidades metacognitivas (Coll, France, & Taylor, 2006)
En este contexto, se entiende que un modelo cualquiera es una entidad no lingüística que
sirve al individuo a modo de representación simbólica interna y operativa, el mapa, de algunos
aspectos del mundo. Representación y realidad se vinculan, analógicamente, en forma más o
menos estrecha. Una familia de modelos particularmente elaborados y complejos, enlazados por
medio de vínculos fuertes (ligaduras), y ricamente caracterizados por medio de enunciados
lingüísticos, constituye una teoría científica (Aduriz-Bravo & Morales, 2002).
Con el propósito de presentar el modelo como estrategia para favorecer el aprendizaje en
el ámbito conceptual y reforzar la idea del desarrollo de una imagen más ajustada de cómo
funciona la ciencia, se esquematiza en el Esquema 4 la presencia del Modelo y su relación desde
un enfoque epistemológico como dos recursos colaborativos dentro de la enseñanza- y el
aprendizaje.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 23
Las relaciones que se dan con la presencia del modelo son:
1. La construcción del Modelo es algo inherente al proceso de conocimiento
(Hanson, 1958).
2. La ciencia como conjunto de conocimientos estructurados, donde el modelo, la
epistemología, la Enseñanza y el aprendizaje son recursos que involucran a la
ciencia para sistematizar el conocimiento científico.
3. Enseñanza y Aprendizaje como dos componentes presentes en el aula.
Dando cuenta que el Modelo es un término polisémico por lo que se pueden generar
ambigüedades, algunas de las connotaciones en las que se ve sumergido el modelo no son
considerables para el proceso que se quiere desarrollar en este trabajo, dicho proceso tiene que
ver con dar un sentido epistemológico al Modelo considerándolo como una especie de
descripción o representación de situaciones, fenómenos, entre otros, en función de teorías ya
propuestas por la comunidad en este caso científica. Dicha representación es una construcción
racional que llega a alcanzar ciertos niveles epistemológicos dentro de la filosofía.
Sea, a modo de ejemplo, lo que Gastón Bachelard expresa (Bachelard, 2003), el
conocimiento puede ser ordenado de acuerdo a distintos niveles nocionales en los que se
encuentra las filosofías científicas diferentes, y sin duda progresivas en cuanto a la jerarquía del
conocimiento sobre el mismo. Entonces algunos de los niveles nocionales que se tienen es el
concepto de Masa, con sus diferentes representaciones que parten de la intuición hasta un
EPISTEMOLOGÍA
CIENCIA
ENSEÑANZA APRENDIZAJE
2
3
1
MODELO
Esquema 3
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 24
conocimiento bien estructurado sobre un modelo dado de Masa y que sin lugar a dudas este
evoluciona a partir de una noción simple hasta llegar a una noción compleja.
En suma, la epistemología del Modelo da cuenta del nivel de conocimiento al que puede
llegar el sujeto partiendo de una temática simplista hasta compleja, pero que es desarrollado
autónomamente por éste, partiendo del hecho que el modelo estructuralmente es un medio de
ayuda para conocer, entender, intuir, inducir y deducir de manera general el mundo que
naturalmente se quiere concebir. Entonces el modelo termina siendo una construcción racional
de un campo de estudio concreto, y suele presentarse en diferentes grados de abstracción según
el sujeto que lo conciba.
2.4 LAS NOCIONES COMO MOMENTO DE EVOLUCIÓN DEL
PENSAMIENTO
En este apartado se dan a conocer las nociones que el sujeto concibe según la temática
presentada dentro de la enseñanza de las ciencias, epistemológicamente se habla de nociones
como momento de la evolución de pensamiento al percibir los diferentes niveles que puede
alcanzar o llegar el sujeto según el concepto dado, jerarquizándolos de manera que el progreso de
pensamiento sea una forma razonable de concebir naturalmente el mundo.
Conocer científicamente una ley natural, es conocerla a la vez como fenómeno y como
noúmeno. (Bachelard, 2003), esto quiere decir que el fenómeno es construido por el sujeto y por
esencia es subjetivo, ya que el conocimiento extraído del fenómeno se somete a los atributos
intelectuales del sujeto además de ser el resultado de la acción de organizar las sensaciones que
este realiza para dar cuenta de las mismas, la construcción del fenómeno es una de las facetas de
la actividad de conocer, pero el noúmeno es una actividad opuesta al fenómeno y es aquella que
permite conocer pero no desde la intuición sensible sino desde una intuición intelectual o
suprasensible. Para Kant, el noúmeno es el objeto tal como es "en sí" mismo,
independientemente de nuestro modo de conocerlo, al que denomina "la cosa en sí". Kant lo
opone al fenómeno, al objeto tal como es para nosotros, es decir, tal como lo conocemos en
función de las formas a priori de la sensibilidad y del entendimiento. (Webdianoia, 2013).
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 25
Para fundamentar la afirmación de las nociones como momento de evolución del
pensamiento se muestra claramente los diferentes niveles por los que el sujeto pasa para concebir
algo que Bachelard define particularmente como sustancialismo, por ejemplo la noción que se
tiene de Masa, la primera forma que se le da es una apreciación cuantitativa de la realidad, como
adjetivos de algún sustantivo en particular (gordo, glotón, pesado).
En segundo lugar, el nivel a estudiar sobre la masa es un nivel empírico o una
determinación objetiva precisa, es decir el concepto está ligado al proceso de la balanza; este
artefacto recibe el beneficio inmediato de objetividad instrumental. De esta manera no es el
único instrumento utilizado, ya que a través de la historia de las ciencias los instrumentos han
marcado un papel importante dentro del desarrollo nocional, presentándose como activos frente a
propósitos como la aparición de teorías donde procede el instrumento, de tal modo que el
instrumento en física es una teoría realizada y materializada con esencia racional.
En un tercer lugar, la masa se concibe desde otro nivel, el racional; se define entonces la
masa como un cuerpo de nociones, con Newton la masa se define como el cociente entre la
fuerza y la aceleración (Bachelard, 2003), o en fluidos como el producto de la densidad y el
volumen de un cuerpo en particular.
Se reconoce entonces que la masa se convierte, como un concepto nocional simple que
sin lugar a dudas llega a ser una noción compleja, siguiendo epistemológicamente algunas
perspectivas filosóficas enmarcadas en el concepto.
Para seguir contextualizando los diferentes niveles nocionales dentro de la enseñanza de
la física, damos cuenta que las diferentes temáticas involucradas allí, carecen tener las mismas
características, por ejemplo la comunidad científica se ha encargado de la evolución y desarrollo,
la estructura y forma del átomo sin importar una construcción indirecta de él. El experimento con
los rayos catódicos de J.J Thomson, la razón entre la carga del electrón y la masa, el protón como
partícula subatómica, la radiactividad y el modelo nuclear del átomo para luego llegar al
descubrimiento de los rayos X, son uno de los tantos hechos en los que la epistemología y la
historia se enmarcan para dar un significado de conocimiento reflexivo y científico.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 26
Del mismo modo surgen otras temáticas expuestas dentro de la ciencia de las que la
epistemología ha dado razón para articular un conocimiento reflexivo, en donde las nociones
sean un momento para la evolución del pensamiento como lo expresa el apartado, envolviendo el
modelo como forma representacional para hacer de estas temáticas algo inteligible.
Así un concepto es más simple o más complejo de acuerdo con la perspectiva con que se
le mire, y esa complejidad estaría asociada al progreso científico (E Viau, E Moro, Zamorano, &
M Gibbs, 2008) “…en resumen, la noción simple deja lugar a la noción compleja, sin renunciar
por otra parte a su papel de elemento. La masa sigue siendo una noción básica y esta noción
básica es compleja…” (Bachelard, 2003)
2.5 EL MODELO CIENTÍFICO Y DIDÁCTICO COMO REPRESENTACIÓN
EN LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS.
Partiendo de la descripción dada anteriormente del modelo como concepto polisémico,
los modelos más significativos y que este trabajo pretende desarrollar están involucrados dentro
de un ambiente donde las acciones de Enseñanza y Aprendizaje son activas; tanto el estudiante
como el docente que las realiza son trabajadores y eficaces en su propio aprendizaje y enseñanza,
esto nos lleva a ampliar estrategias didácticas como el modelo y la presencia de las ciencias
dentro del aula como objetivos claros de cada sujeto.
Dentro de la epistemología la noción de modelo científico ha estado estrechamente ligada
a la teoría y su interpretación, los científicos construyen modelos sobre una determinada porción
del mundo y son dichos modelos, con sus ventajas y desventajas lo que reportan a sus colegas.
Contrariamente a lo que se piensa comúnmente, una vez que no hay un método científico, una
de las actividades principales de los científicos es evaluar cuál, de entre dos o más modelos
rivales, encaja con la evidencia disponible y por lo tanto cuál representa la explicación más
convincente para determinado fenómeno en el mundo (Chamizo, 2010).
El Modelo Científico se ve claramente vinculado dentro de la teoría. Sin embargo,
aparece también como metodología, que para algunos científicos es suficiente para la
fundamentación de sus teorías ya aceptadas, este Modelo encierra una estructura clara la cual da
marco a su contenido teniendo en cuenta que es un intermediario entre la teoría que sustenta el
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 27
programa y la praxis experimental (Torres, 2006) .
A través de los modelos atómicos que se enseñan, las deducciones, experimentos,
inferencias y conclusiones a las que está ligado este, se denota, rasgos esenciales del Modelo
Científico, una posición epistemológica frente al conocimiento científico enseñado. El hecho de
que la epistemología mantenga relaciones de diversa naturaleza con la ciencia y su didáctica abre
la posibilidad de efectuar un análisis de tales relaciones de corte epistemológico de segundo
orden, en la medida en que es la propia epistemología la que se convierte en objeto de crítica y
de reflexión.
Dentro de la Enseñanza y Aprendizaje cabe notar que el Modelo Científico juega un papel
importante ya que contiene una articulación a un gran número de niveles de abstracción referidos
a un cierto campo problemático de la realidad, los modelo científicos que se han dado a lo largo
de la historia han ido sucediendo de manera más poderosa e incorporada sin contar la manera con
que frecuentemente aparecen en los escritos, esto le da un alto grado de formalización que causa
estar fuera de la comprensión de los estudiantes dentro del aula.
Aprender ciencias siguiendo modelos científicos bien formalizados requiere, entonces
reconstruir los contenidos científicos por medio de un Modelo didáctico que llegue a integrarse
en el aula, podría aparecer la idea de una transposición didáctica donde el conocimiento
científico se transforme de manera que sea posible su aprendizaje por los estudiantes.
El modelo didáctico está directamente involucrado en la Enseñanza y Aprendizaje, como
formas de representación para concebir alguna temática dentro de la enseñanza de la física y que
son presentados por el docente como generador de conocimiento y conocedor de un ambiente
escolar, dentro de variedad de circunstancias los modelos científicos utilizados para la
enseñanza en el aula se presentan de manera sintética donde el significado solo se encuentra
para el nivel del docente y de los expertos en ciencias, pero no aparece por ningún lado lo
relativo a la estructura cognitiva del estudiante.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 28
En estas circunstancias, los alumnos deben incorporar memorísticamente un modelo que
no es completamente científico y que, además les resulta escasamente significativo (Galagovsky
& Aduriz-Bravo, 2001).
Referidas a este contexto, las relaciones que existen entre formalizar la estructura
cognoscitiva del estudiante con un modelo didáctico y las diferentes estructuras dadas en
ciencias tienen que ver básicamente con el sentido que el docente procede para alcanzar alguna
comprensión por parte del estudiante. Teniendo en cuenta que dentro del aula los estudiantes
presentan diferentes recursos para la comprensión como son: los libros, guías, conferencias o
clases realizadas por el docente u otras fuentes de información.
ENSEÑANZA DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 3.
Para este capítulo se pretende reconocer la importancia del modelo atómico en la
enseñanza de las ciencias específicamente de la física en el aula de clase, y dar cuenta la forma
en que estas temáticas son desarrolladas por parte del profesor y de qué manera son entendidas
por el estudiante. Partiendo del hecho que los conceptos dados con el modelo atómico son
fundamentales, así como lo ha sido para lo comunidad científica, en el desarrollo de los últimos
ochenta años y que aún es tema de investigación.
Luego se realiza una caracterización acerca del modelo atómico de Bohr y la importancia
de estar presente en las temáticas desarrolladas dentro de las clases de física. Teniendo en cuenta
que los modelos atómicos anteriores son base para la comprensión de la estructura de la materia
y la evolución que estos han tenido, es hora que el docente formalice su enseñanza de manera
que el modelo pre-cuántico y/o cuántico sea también incorporado dentro de esa línea de tiempo
tan habitual, que el docente maneja en sus clases. Además de tener al margen esa deducción tan
frecuente que se da acerca de los diferentes modelos atómicos como un cuento de hadas que el
estudiante concibe si no que da cuenta que son creaciones del intelecto humano para dar razón
que son un constituyente básico de la materia basados en valores numéricos y datos
experimentales, avalados por teorías aceptadas. (Cabrera, Quiroga, & Naizaque, 2009).
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 29
3.1 PERFIL EPISTEMOLÓGICO DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR
En el capítulo anterior se presentó el perfil epistemológico como los diferentes niveles
nocionales de algún concepto o teoría científica que el sujeto conoce, y que Gastón Bachellard
ejemplifica con el concepto de masa.
En este apartado se hará el mismo ejercicio con el modelo atómico de Bohr y los
diferentes niveles nocionales que se pueden encontrar, para ello es importante insistir que el
perfil epistemológico debe ser relativo a un concepto designado, que vale sólo para para un
espíritu particular que se examina así mismo en un estadio particular de su cultura. (Bachelard,
2003)
Dentro del modelo atómico de Bohr se identifican varios niveles nocionales, desde el
nivel empírico nocional donde se reconoce que el sujeto adopta el modelo atómico de Bohr como
una teoría más desarrollada, la cual no deja de ser una explicación sobre la composición de la
materia. Aparecen otros niveles nocionales evolucionados dentro del espíritu científico del sujeto
donde se hace una descripción más selecta de lo que Niels Bohr presenta en su modelo de átomo,
y la relación con el modelo planetario de Copérnico (1473-1543) donde se hace la analogía con
el movimiento orbital de los planetas y el movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo.
Luego se mostraría un nivel nocional más racional donde se relacionan las
representaciones graficas dadas del modelo atómico de Bohr con características específicas del
electrón, como sus niveles de energía o las diferentes orbitas circulares que ocupa dicho electrón
alrededor del núcleo. Sin embargo se muestra que el modelo de Bohr también se presenta por la
importancia y gran influencia en sus estudios acerca del átomo de hidrogeno y que más tarde se
le daría importancia debido a que si un electrón que está girando en la primera órbita alrededor
del núcleo. Su órbita es de menor energía se le llamaría átomo hidrogenoide.
Con lo anterior de describen conjuntamente los niveles nocionales que se presentan con el
modelo atómico de Bohr y que están íntimamente relacionados con las publicaciones dadas por
la comunidad científica y son divulgadas por una comunidad educativa dándole importancia a la
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 30
enseñanza y aprendizaje sobre la naturaleza y desarrollo del átomo a través de la historia
caracterizándose como un momento de la evolución del pensamiento.
3.2 LA ENSEÑANZA DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR EN EL AULA
La historia del átomo tiene orígenes muy antiguos, los que normalmente son
mencionados en clases de física: el Modelo Atómico de Demócrito, el Modelo Atómico de
Dalton, J.J Thomson, Rutherford, Bohr entre otros, sin contar modelos que inspiraron a otros
para desarrollar uno más evolucionado, modelos que no están mencionados dentro de los libros
de física y de química de bachillerato o tal vez universitarios.
De esto se trata la presencia del modelo atómico en las clases de física como una temática
netamente teórica, con representaciones graficas que el estudiante realiza en su cuaderno para dar
explicación de la composición de la materia a nivel microscópico, representaciones dadas en un
línea de tiempo causal y muy bien planeada que se observa aparentemente dentro de una
bibliografía vastísima.
Los modelos atómicos no dejan de estar presentes como conceptos dados dentro de lo que
constituye la materia, el comportamiento de los gases, el desarrollo de la tabla periódica entre
otros fenómenos naturales que constituye ostentosas investigaciones alrededor de los modelos
atómicos dentro de lo que ha hecho toda una comunidad científica.
En las actividades que se desarrollan en la enseñanza del modelo atómico en el aula de
clase está la explicación teórica del modelo atómico de Dalton el cual está marcado por los
inicios del desarrollo químico del siglo XIX. Las ideas de su teoría a aparecieron en sus trabajos,
en 1808 y 1810 y pueden resumirse de la siguiente forma:
Todos los elementos están constituidos por pequeñas partículas llamadas átomos
Todos los átomos de un mismo elemento poseen propiedades idénticas, en particular su
peso.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 31
Los átomos son las unidades de los cambios químicos, los cuales implican una
combinación o una nueva distribución de átomos. Estos no se crean, destruyen o
cambian.
Cuando los átomos se combinan lo hacen en relaciones fijas de números enteros
formando partículas compuestas llamadas moléculas. (Garcia Castañeda & Ewert De-
Geus, 2006, pág. 91)
Epistemológicamente se consideraría que son más los desarrollos y postulados que el
científico Dalton se le atañe, no obstante la teoría de Dalton era errónea para varios aspectos,
pero en gran parte ofreció conceptos nuevos e importantes para acrecentar el progreso de la
química y la física. Contextualizado en el aula de clase los estudiantes terminan de organizar su
conocimiento representando el átomo de Dalton como una esfera solida constituyente de la
materia, esta relación se encuentra totalmente arraigada a su aprendizaje y señalando que para
esta época el modelo de átomo presentaba una forma característica, esta representación es muy
frecuente en los libros guía o por el docente.
De esta manera se da paso al Modelo Atómico de J.J Thomson el cual se caracteriza por
las mediciones que este hace con la relación carga y masa de estas partículas mostrando que no
eran los átomos con carga eléctrica sino fragmentos presentes en todos los átomos. (Garcia
Castañeda & Ewert De-Geus, 2006). Este modelo es muy particular ya que tomo la denotación
del Pudín de pasas, denotación que quedo totalmente establecida en la comprensión de esta
temática en los estudiantes en niveles de secundaria y universitarios. Esto se resume a la
representación o modelo que tanto el docente como el estudiante tiene sobre todo un desarrollo
teórico experimental que realizo J.J Thomson.
La Figura 1. Observamos en la representación a. el esquema de átomo de Thomson, todas
las pasas del pudín eran electrones incrustados dentro del átomo con carga positiva distribuida
uniformemente y en la representación b. el comportamiento del campo eléctrico creado por un
átomo de Thomson en función de la distancia. R es el radio de la esfera de la materia.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 32
Figura 1
Luego aparece el Modelo atómico de Rutherford y el Modelo Atómico de Niels Bohr,
modelos causales que son necesariamente vistos en la enseñanza de la física en el aula de clase
sin mayor transcendencia. Lo que se busca es dar cuenta, la manera en que los estudiantes
conciben los diferentes modelos atómicos a partir de lo que el docente les aporta en la
enseñanza.
Los modelos atómicos dentro de la ciencia no son solo representaciones, el átomo es una
manifestación dada de la materia, debido a esto cada uno de los científicos a quienes se les
concierne un modelo de átomo pudieron experimentar y medir.
Dentro de la enseñanza y aprendizaje, tanto el docente como el estudiante pueden dar
cuenta del desarrollo de los diferentes modelos atómicos llevándolo a la experiencia, es decir las
prácticas de laboratorio son indispensables para una mejor comprensión, por ejemplo los
experimentos de electrólisis que desarrolló Michael Faraday en 1833 son una buena opción para
presentarlos de manera contextualizada porque da cuenta la importancia de la electricidad y el
comportamiento de este con los compuestos, la interacción y captura de electrones por los
cationes en el cátodo y la liberación de electrones por los aniones en el ánodo.
3.3 LA APARICIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR
La estructura de los átomos es un área muy amplia dentro de la ciencia y dentro de la
enseñanza, además de ser útil es interesante mostrar las características epistemológicas que traen
consigo el desarrollo de tal área, además de constituir un buen marco para la enseñanza de
habilidades de razonamiento científicos como modelo de construcción y hacer inferencia a partir
de las observaciones. (McKagan, Perkins, & Wieman, 2008)
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 33
Con el objetivo de caracterizar el modelo atómico de Bohr y dar cuenta de la
trascendencia dentro de la enseñanza de la física, no es posible negar la gran influencia e
importancia que tuvieron los desarrollos experimentales y teóricos durante el siglo XIX y que se
han nombrado para este capítulo con anterioridad.
En el modelo atómico de Rutherford, en el que le avizora resultados fructíferos, tan fuerte
que fue negado el modelo “pudin” de Thomson, pues, aplicando los métodos de la mecánica
clásica, los cálculos de la distribución de equilibrio de un número cualquiera de electrones
contenidos en el interior de un átomo y representados por la serie de las frecuencias de vibración
características, no coinciden con las líneas espectrales observadas y de las que tenía información
empírica, como son el caso de las series de Balmer. Pero había algo que no funcionaba en el
Modelo de Rutherford a la luz de la teoría Electromagnética Clásica. Pues esta predecía que una
carga acelerada emite radiación electromagnética, que sería el caso de los electrones que giran
alrededor del núcleo; energía que se propagaría en todo el espacio reduciendo la del electrón en
la proporción y acercándolo peligrosamente al núcleo en un lapso de más o menos un cien
millonésimo de segundo. Una vez consumida toda la energía cinética, los electrones caerán sobre
el núcleo, destruyendo así mismo el átomo.
Para la figura 2. Se tiene esquemáticamente el modelo atómico de Rutherford, donde la
figura 2a hace referencia el esquema de modelo de átomo y en la figura 2b el comportamiento
del campo eléctrico creado por el núcleo atómico en función de la distancia. R es la distancia
límite del átomo.
Figura 2
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 34
Bohr le dio crédito al modelo atómico de Rutherford y postulo que era necesario revisar
las leyes físicas para el interior del átomo. Acude entonces a la hipótesis de Planck, que tan buen
resultado había dado, para salvar las dificultades de la teoría clásica de la absorción y emisión de
la luz por la materia. (Perea, 1985, pág. 14)
Indudablemente el trabajo realizado por Niels Bohr tuvo un papel importante en el
desarrollo de la física como ciencia. Historiadores y filósofos coinciden con claridad en la
continuidad que Bohr sigue al modelo atómico de Rutherford.
Los estudios de Bohr permitieron sentar bases para una nueva descripción cuántica de la
materia, mediante el análisis de la física atómica, científicos se motivaron en la elaboración de
una nueva descripción de la teoría a nivel atómico, sobre todo porque ya no era considerada la
mecánica newtoniana como elemento de investigación sino la mecánica no Newtoniana y el
electromagnetismo. Niels Bohr tuvo una gran influencia en las obras de Heisenberg y Louis de
Broglie, también las obras de Schrödinger por las ideas de la dualidad de la luz onda y partícula
de Louis de Broglie (Caruso & Oguri, 2008).
El modelo de átomo de Bohr realiza una descripción acerca de la continuidad que este
científico sigue con el modelo atómico de Rutherford, además de utilizar la física clásica para
describir la estructura atómica en términos de un modelo de partículas de manera sencilla y fácil
de visualizar y al mismo tiempo, introduce aspectos cuánticos para una descripción adecuada de
los aspectos atómicos que se tienen. Además presenta una incongruencia (como lo han
presentado diferentes modelos atómicos anteriores) lógica al postular que los electrones en
movimiento no emiten radiación, esto contradice la teoría electromagnética de Maxwell, pero al
mismo tiempo la utiliza para plantear la condición de orbita estable. A pesar de estas fallas, fue
un paso fundamental en la búsqueda de una teoría adecuada para describir la naturaleza de los
átomos. (Garcia Castañeda & Ewert De-Geus, 2006)
Para Bohr el principio de correspondencia es un gran argumento heurístico que ha jugado
un papel importante en su teoría cuántica al exigir que los resultados clásicos deben seguir
resultados cuánticos en el límite de los números cuánticos grandes. Sin embargo, existen
contradicciones que han demostrado que la idea no es generalmente cierta desde el punto de
vista epistemológico (Tanona, 2004).
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 35
El modelo atómico de Bohr es considerado el primer modelo en el que se habla de
cuantización, en los postulados propuestos por el científico, Bohr basó sus estudios clásico
cuánticos en el átomo de hidrogeno, en su modelo estableció bases para una descripción de la
materia, capaz de explicar la estabilidad de estos y los espectros de emisión y absorción que se
observa en los gases.
Bohr en su documento “On the constitution of atoms and moléculas” seguía usando la
mecánica newtoniana, revelando la inadecuada descripción de la física atómica del
electromagnetismo clásico, cerrando las brechas entre el enfoque de un modelo empírico y la
estructura de la materia hasta ese entonces desconocida, responsables de fenómenos, mediante la
asociación de propiedades mecánico clásicas de espectros con propiedades atómicas de la
materia.
Bohr basó su modelo en estudios realizados por el científico Rutherford utilizando
conceptos usados como la formación del átomo; el núcleo formado por protones y neutrones, el
núcleo atómico y masa atómica entre otros, además de estudios hechos por Max Planck sobre la
radiación electromagnética, es decir una onda con campos eléctricos y magnéticos, con
frecuencias , longitud de onda y la relación entre estas dos
donde es la velocidad
de la luz, la frecuencia de esa luz determina su color aunque solo sea visible en una parte del
espectro electromagnético.
El efecto fotoeléctrico, es también un principio importante para el entendimiento del
modelo atómico de Bohr, este habla de la radiación electromagnética de frecuencia suficiente,
cuando choca contra una placa de metal, que sirve a la vez como electrodo negativo, en el
interior de un tubo vacío, desprende electrones del metal que generan una corriente eléctrica. La
intensidad de corriente crece con la intensidad de la radiación.
Ahora bien, Bohr es reconoció en su modelo de átomo por haber descrito el átomo de
hidrogeno con un protón en el núcleo y un electrón girando alrededor del núcleo, sin embargo, el
electrón debía moverse en orbitas específicas, ya que al moverse de forma circular emitiría
energía por lo que los electrones terminarían colapsando en el núcleo (Modelo atómico de
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 36
Rutherford), al moverse de forma específica cada orbita seria caracterizada por su nivel
energético, cada orbita se identifica con el numero entero este número recibe el nombre de
numero cuántico principal como se muestra en la figura 3.
Figura 3
Para el año 1913 Bohr desarrollo de acuerdo a su modelo tres postulados fundamentales:
1. Primer postulado
Existen obritas cuya energía y radios cumplen determinados relaciones que dependen del
número cuántico
El átomo no emite energía cuando el electrón se encuentra en alguna d ellas orbitas
permitidas, ya que según el electromagnetismo clásico una carga con un movimiento acelerado
en trayectoria circular debe emitir energía en forma de radiación.
Así mismo, la interacción entre el electrón y el núcleo puede ser descrita por la fuerza
electrostática de Coulomb por la presencia del núcleo, es el número atómico del átomo, es la
carga del electrón, el radio de la órbita de acuerdo a la siguiente ecuación.
[1]
Segundo postulado
Las únicas orbitas permitidas para un electrón son aquellas para las cuales el momento
angular sea un múltiplo entero, este es un punto de vista bastante clásico, ya que el momento
angular puede variar de forma continua, cualquier orbita es posible.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 37
No habría razón en que el estado del radio tenga un valor en particular. Sin embargo, se
tiene en cuenta la siguiente ecuación.
[2]
Se obtiene una clase de radio posible para cada orbita
Dónde:
[3]
En este postulado, admitiendo órbitas circulares para el electrón en los estados estacionarios, el
principio de correspondencia puede ser sustituido por la cuantización del postulado del momento
angular, dando lugar a la cuantización de la energía y a la fórmula de Balmer. Por lo tanto, el
impulso angular de cuantificación conduce a la cuantización de la energía en una transición
atómica. (Caruso & Oguri, 2008)
2. Tercer postulado
El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de una órbita a otra, cuando el
electrón realiza el cambio emite o absorbe un fotón cuya energía es la diferencia entre ambas
energías. La diferencia de energías se emite en forma de radiación electromagnética como se
expresa en la siguiente ecuación donde es la energía emitida o absorbida por el fotón, es la
frecuencia y es la constante de Planck.
[4]
Bohr consigue estudiar los saltos electrónicos entre niveles energéticos del átomo de
hidrogeno, calculando la energía y el radio de las orbitas del electrón en el átomo de hidrogeno,
además teniendo en cuenta que los que existen hay unas únicas orbitas permitidas para un
electrón para las cuales el momento angular del electron sean múltiplos enteros. (ver segundo
postulado, en esta misma página).
En el modelo de átomo de Bohr es importante reconocer la cuantización espacial del
momento angular del electrón en los niveles orbitales estudiados por el científico, el supone que
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 38
un electrón – y la masa describe una órbita circular de radio r bajo la la fuerza de atracción
Coulombiana del núcleo positivo considerando el átomo de hidrogeno por simplicidad. El
momento angular del electron con respecto al núcleo está dado entonces por:
[5]
Donde es igual a la masa del electron, es la velocidad del electron y el radio del orbita
circular del electrón. Así no solamente se conserva, sino que está limitado a valores discretos
por el número cuántico . Esta cuantización del momento angular es un resultado crucial, y se
puede usar en la determinación del radio de la órbita y energías de Bohr. (Olmo & Nave, 2000)
Con el grafico 1. El momento angular orbital de los electrones en los atomos, con relación a
un determinado estado cuántico, están cuantizados espacialmente de la forma:
Grafico 1
El momento angular de una partiula con un momento lineal girando a una distancia
entorno a un nucleo esta definido por el producto cruz de dos vectores .
[6]
En un sistema de coordenadas se pueden tener componentes ortogonales del
momento angular , las cuales se obtiene de la proyección del radio y el momento
lineal . La representación gráfica (ver gráfico 1.) es una demostración si se quisiera conocer las
componentes del momento angular orbital del electrón.
𝜑
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 39
En un sistema de coordenadas rotado se tiene que los valores de las coordenadas y
con respecto a la función de onda , el único valor esperado medible dentro del sistema de
coordenadas rotado es , si se quisiera conmutar los tres operadores entonces se puede
demostrar que
, al sintetizar los resultados del desarrollo de las componentes del
momento angular se tiene que:
[7]
Donde barra es una constante universal, donde barra no es una modificación de
sino que resulta del producto de por la inversa de (Melton Líbenson, 2007).
[8]
Son funciones de onda normalizadas donde se puede obtener el cuadrado de la magnitud
del momento angular del electron igual a:
[9]
De la componente delmomento angular orbital de la proyección de la magnitud sobre el eje
.
[10]
En lo que se tiene, solo puede tomar valores integrales positivos y negativos tales que:
Mientras que solo puede tomar valores integrales positivas y negativas tales que:
| | [11]
El modelo geométrico puede resultar de gran ayuda visualizando, que debido a que es la
magnitud máxima del momento angular del electrón entonces:
| | √ [12]
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 40
Y puesto que de la magnitud es se puede escribir que:
| | [13]
Donde
| | [14]
Y teniendo en cuenta que [9] y [10] entonces:
√ [15]
Si se tiene en cuenta las propiedades de los números cuánticos entonces la alineación
paralela mas cerca es:
√ [16]
√ [17]
√ [18]
√ [19]
√ [20]
√ [21]
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 41
Esquematicamente se representa así:
En el gráfico 2. En ninguno de los tres casos el electrón llega alinearse paralelo al orbital,
la alineación más cerca es de 45°, los números cuánticos están limitados a tomar valores en
el rango de 0 y 1.
Para contextualizar un poco más sobre los estudios matemáticos realizados en el modelo
atómico de Bohr se dará un ejemplo teniendo en cuenta la magnitud del momento angular del
electron.
Si se tiene que:
| | √ [22]
| | √ [23]
| | √ [24]
| | √ [25]
Siendo los valores posibles de y según sería.
[26]
[27]
[28]
135
90°
𝑧
45° 𝐿
Grafico 2
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 42
Se presenta esquemáticamente como:
Y tridimensionalmente
3.4 INCIDENCIA DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN EN LA
COMPRENSIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR
La presencia del modelo dentro del aula es una forma útil de desarrollar temáticas como
el modelo atómico de Bohr, ya que los modelos se construyen contextualizando una determinada
porción del mundo con un objetivo específico. No hay una definición como tal exacta, tampoco
reglas, ni métodos para aprender hacerlo pero sin duda requieren de condiciones que el docente
debe tener en claro para que la relación entre Enseñanza y Aprendizaje se lleve a cabalidad.
(Chamizo, 2010). Estas condiciones son:
𝐿𝑧
𝐿𝑧
𝐿𝑧
𝐿𝑧
𝐿𝑧
𝐿𝑧
𝑧
Grafico 3
Grafico 4
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 43
El conocimiento (lo adquiere el estudiante dentro de su formación y el docente
como productor de este, contextualizando hasta donde es posible concebir esa
porción del mundo).
La imaginación y creatividad (lo posee el estudiante y el docente, dos aspectos
que se dan de manera actividad siempre y cuando exista un interés por el
aprendizaje y la enseñanza).
No es fácil establecer la sencillez o complejidad de un determinado modelo
atómico, ya que cada uno de estos se dieron de manera individual en un contexto
diferente no homogeneizado pero si causal ya que la presencia de un modelo
atómico moderno parte de uno anterior, cada uno con experiencias y deducciones
diferentes que hacían parte de la complementariedad de la estructura atómica de la
materia para dar significado a la naturaleza de los fenómenos físicos.
Sin embargo, se debe tener en cuenta que los estudiantes deben ser dueños de su propio
conocimiento donde merecen estar contextualizados en temáticas como la física moderna y la
teoría atómica moderna que son fundamentales para la comprensión de la tecnología y el mundo
físico que nos rodea, porque conocer el desarrollo y evolución de la física moderna no es solo
trabajo de una comunidad científica sino también de toda una población que se ve marcada por
avances tecnológicos.
Dentro de la enseñanza del modelo atómico de Bohr debe darse de manera que la
presencia de las teorías y experiencias dadas para este científico en esta época sean válidas y las
desarrolle el docente como soporte práctico para el aprendizaje objetivo del estudiante. Cabe
resaltar que el experimento es una forma de representar, los filósofos de la ciencia
constantemente hablan de sus teorías pero no dicen nada acerca de los experimentos, la
tecnología o el uso del conocimiento para la modificación del mundo (Hacking, 1996) y esto
mismo se repite en el aula de clase la falta de contextualización y un análisis epistemológico
sobre el modelo de Bohr en la enseñanza de la física.
Al realizar la reconstrucción de corte histórico y epistemológica del modelo atómico de
Bohr es necesario centrarse en los modelos de cambio científico que explican las diferentes
investigaciones, desarrollo y experiencias que se tuvieron alrededor de la composición de la
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 44
materia y las diferentes manifestaciones que existían alrededor del átomo, además de los
filósofos e historiadores que aparecen como Gastón Bachelard quien se acercó a la historia de la
ciencia guiado por el interés de analizar la prioridad que tiene la epistemología dentro de física y
la química.
Finalmente, las reflexiones que se hacen dentro de la enseñanza del modelo atómico de
Bohr y la presencia del modelo se deben dar dentro del aula y no hay justificación para que el
docente evada estos tópicos que se encuentran inmersos con el principio de la física cuántica. A
pesar de que la física parece ser, entre las ciencias la que menos asume el interés de quienes se
preocupan por la epistemología, por la historia y por la enseñanza. (Villaveces, 2001)
ENSEÑANZA PARA LA COMPRENSIÓN Y CONSTRUCTIVISMO 4.
MODERADO COMO HERRAMIENTA PARA LA ENSEÑANZA
APRENDIZAJE DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR
La educación ha sufrido cambios en los últimos cincuenta años, de manera que los
avances hechos por diferentes pedagogos e investigadores de la educación han hecho que los
procesos de aprendizaje y demás variables intervengan en la comprensión para mejorar la
enseñanza, desarrollando las dimensiones didácticas de nuevos paradigmas que se gestan en la
relación con la calidad de la educación. (Aguerrondo, 2001)
Enseñanza para la comprensión es una pedagogía educativa, inicialmente promovida por
David Perkins, la cual se basa en cuatro pilares que conforman su marco teórico; tópicos
generativos, metas de comprensión, desempeños de comprensión y evaluación diagnostica
continua, cada elemento se centra en la investigación de preguntas claves como: ¿qué tópicos
vale la pena comprender?, ¿qué aspectos de esos tópicos deben ser comprendidos?, ¿cómo
podemos promover la comprensión? Y ¿cómo podemos averiguar lo que comprender los
alumnos?, preguntas que articulan metas claras centradas en el aprendizaje de los estudiantes y
en la enseñanza de los docentes.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 45
De esta manera EpC (enseñanza para la comprensión) es un principio pedagógico donde
los métodos de trabajo y las teorías científicas se conjugaran desde la perspectiva de la
construcción mental simultánea del educando y del maestro.
Son herramientas indispensables para consolidar aprendizajes y enseñanzas dadas en el
aula de clase.
En el colegio Champagnat de Bogotá existen principios pedagógicos que se basan en
estrategias como enseñanza para la comprensión y constructivismo moderado, con esto sobresale
el P.A.E.C; Proyecto de Aula Especializada en Ciencias, que responde plenamente a los intereses
de la comunidad educativa y a las necesidades de investigación requeridas hoy por las
instituciones educativas, convirtiéndose en un laboratorio permanente en el que los procesos se
ponen a prueba. (Quijano Perilla, 2011).
Cuando se habla de constructivismo se piensa en un cambio constante, una construcción
de pensamiento (Morín, 2001). Siendo el constructivismo la postura pedagógica más
desarrollada en el siglo pasado y aun en la actualidad, donde el sujeto construye su conocimiento
y no se manifiesta el conocimiento como una copia de la realidad donde se desenvuelve el
educando, como lo es en la pedagogía tradicional, teniendo un punto de enlace la comunidad
pedagógica y psicológica en el mundo actual (Novac, 1998) (Quijano Perilla, 2011).
Para no quedar desvirtuada la relación entre el enfoque pedagógico y la conceptualización
de lo que se quiere enseñar se tiene en el aula el manejo de distintos procesos por los que el
estudiante pasa, sobre todo por la importancia de adquirir información y de manejar habilidades
básicas. La importancia del papel del docente es construir secuencias de desempeños cada vez
más complejos y ser significativos en el aprendizaje del estudiante.
Para la enseñanza y comprensión del modelo atómico de Bohr se hace necesario pasar por
estos distintos procesos o secuencias complejas para que el aprendizaje del estudiante sea
significativo. La enseñanza del modelo atómico de Bohr debe darse de manera que la presencia
de las teorías y experiencias dadas para este científico en esta época sean válidas y las desarrolle
el docente como soporte práctico para el aprendizaje del estudiante. Cabe resaltar que el
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 46
experimento es una forma de representar, los filósofos de la ciencia constantemente hablan de
sus teorías pero no dicen nada acerca de los experimentos, la tecnología o el uso del
conocimiento para la modificación del mundo (Hacking, 1996).
Se implementó una estrategia didáctica que facilitara la apropiación de los conceptos
básicos para la enseñanza-aprendizaje del modelo atómico de Bohr, diseñando talleres
experimentales que relacionaran el razonamiento basado en modelos para la concepción del
modelo atómico de Bohr y explorando las necesidades y aprendizajes a las que responden los
estudiantes, luego del diseño y la implementación de la secuencia didáctica desde el
razonamiento basado en modelos para el aprendizaje del modelo atómico de Bohr.
Al abarcar el tópico del modelo atómico de Bohr, se trabajó inicialmente con analogías
relacionadas con la concepción de modelo, el modelo como representación y el modelo como
herramienta para concepción de teorías abstractas elaboradas por científicos y enseñadas en el
aula de clase. Se trabajó con 20 estudiantes de grado undécimo del colegio Champagnat de
Bogotá, en la Escuela de física; clases extracurriculares.
Los temas como la estructura atómica y el desarrollo de los diferentes modelos atómicos
son tópicos dados dentro de la enseñanza de la física en niveles de secundaria y universitarios.
En el colegio Champagnat de Bogotá, se evidencia que el desarrollo de las temáticas
involucradas alrededor del tema de modelos y específicamente el de Bohr se abarcó en grado
décimo, permitiendo una elaboración optima y clara de la secuencia didáctica desde un análisis y
estudio de corte histórico epistemológico de la concepción de tópicos de la física moderna.
A partir de lo anterior se trabajó la secuencia didáctica dando lugar a cuatro actividades
elaboradas por el docente y desarrolladas por el estudiante, permitiendo encontrar resultados
netamente descriptivos, detallados y característicos de la concepción y comprensión del modelo
como representación y el modelo atómico de Bohr por parte de los estudiantes.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 47
4.1 ACTIVIDAD 1: CONSTRUCCIÓN DEL PENSAMIENTO A PARTIR DEL
MODELO COMO REPRESENTACIÓN
Guía de trabajo: Anexo A
Propósitos: Generar espacios de estudio de conceptos fundamentales de la física moderna,
especialmente las características y estructura de la materia.
Describir la forma en que los estudiantes representan las características de un sistema sin tener
contacto directo de él, basándose en los sentidos.
Metodología: Esta actividad tiene como finalidad plantear hipótesis de lo percibido a
partir de los sentidos. Se trabaja en grupos de 4 o 5 estudiantes, cada uno debe tener su guía para
el registro individual, se realiza en el laboratorio, las cajas están expuestas sobre mesas y cada
grupo va rotando y haciendo el registro de los percibido.
Cada una de las cajas está armada con alguna característica en particular, la primera caja
no contiene nada dentro, la segunda caja está pintada de negro por dentro y por fuera, y dentro
tiene una tela de seda en cada una de las caras, la tercera caja está pintada por dentro y dos de sus
caras tiene materiales rugosos y otras dos caras tiene adherido dos bombillos apagados, la cuarta
caja contiene una caja adentro, en ésta tiene adheridos dos bombillos prendidos y dos apagados
en otras dos caras.
Para la elaboración de las cajas se resalta que el docente las puede transformar de
cualquier otra forma, el objetivo es condicionar cada caja de tal manera que el estudiante solo
pueda tocar, tocar y observar, observar y oler.
El propósito de que cada estudiante tenga la guía es registrar hipótesis e ideas
individuales, luego cada grupo se reunirá y discutirá sobre lo escrito en la guía, para dar
conclusiones generales de la actividad.
Advertencia: La labor que se pueda realizar en esta actividad es netamente descriptiva, el
propósito es consolidar ideas, trasladar y enlazar la actividad en las concepciones y aprendizajes
que se han tenido a lo largo de la historia con teorías, modelos estructuradas por la ciencia.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 48
4.2 ACTIVIDAD 2: ANALIZANDO Y CARACTERIZANDO MODELOS Y
TEORÍAS FÍSICAS
Guía de trabajo: Anexo B
Propósitos: Generar espacios de estudio de conceptos fundamentales de la física moderna,
especialmente las características y estructura de la materia en el universo.
Analizar la forma en que los estudiantes representan las características de las teorías y modelos
propuestos por diferentes científicos que impactaron en la formulación y entendimiento de los
modelos universales
Metodología: Esta actividad tiene como finalidad plantear hipótesis de lo percibido, analizado y
estudiado en la teoría. Se trabaja en grupos de 4 o 5 estudiantes, cada uno debe tener su guía para
el registro individual, se realiza en el laboratorio, las guías deben ser leídas, subrayando palabras
claves y desconocidas.
El tipo de lectura que se encuentra en la guía es oceánica:
“Cuando nos sentamos a mirar un noticiero de TV, o cuando tomamos el periódico para leer títulos (echarle una
ojeada) o cuando desde un vehículo en movimiento observamos que ha ocurrido un accidente, cuando nos llega un
comentario y por qué no, cuando observamos un video, estamos haciendo una lectura oceánica. En todos los casos,
podemos hablar de una lectura superficial de hechos o acontecimientos que no son suficientes pero sí necesarios, para
adquirir conocimiento pleno de los aspectos allí involucrados”
Lo cierto es que a pesar de su superficialidad y poca profundidad, este tipo de lectura bien tratada, permite obtener
valiosa información. Una primera lectura de un texto cualquiera continuo (escrito) o discontinuo (gráfico), puede servir
a cualquier lector para: reconocer el tema principal, dar una idea general del tema, registrar aspectos básicos de
contenido, despertar curiosidad para ampliar información, motivar la lectura con temas interesantes, inferir un estilo,
empezar relatos y descripciones simples y sembrar la semilla de la siguiente etapa: la lectura selectiva (Ríos, 2011).
El establecer que la ciencia tenga un criterio de demarcación, que identifique que es ciencia de lo
que no es, ha sido de las labores más difíciles dentro de la historia de la ciencia, la epistemología
y la educación. La ciencia se ha encargado que las generalidades terminen siendo identificadas a
partir de la inducción por medio de la observación y la experimentación, la experiencia y el
conocimiento a través de los sentidos, es la base del conocimiento científico. (Holton, La
imaginación científica, 1998)
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 49
El propósito de que cada estudiante tenga la guía es registrar hipótesis e ideas individuales, luego
cada grupo se reunirá y discutirá sobre lo escrito en la guía, para dar conclusiones generales de la
actividad.
Advertencia:
La labor que se pueda realizar en esta actividad es netamente descriptiva, el propósito es
consolidar ideas, trasladar y enlazar la actividad en las concepciones y aprendizajes que se han
tenido a lo largo de la historia con teorías, modelos estructuradas por la ciencia.
El estudiante o los estudiantes deben socializar de manera seria, coherente y clara lo expuesto
por las teoría, de manera que no se desfigure los conceptos y teorías expuestas en la lectura y en
lo aprendido a los largo de una ruta de aprendizaje.
La guía tiene como propósito explorar el desarrollo y contenido de las principales ideas que ha n
contribuido a la comprensión del universo físico, dando lugar a la importancia gradual de las
especulaciones, observaciones, experimentaciones e ideas actuales que nos acompañan en el
siglo XXI.
4.3 ACTIVIDAD 3: PROCESO DE EXPERIMENTACIÓN, EXPLICACIÓN,
ANÁLISIS Y DEDUCCIÓN DE HIPÓTESIS DEL MODELO ATÓMICO
DE BOHR.
Guía de trabajo: Anexo C
Propósitos: Generar espacios de estudio de conceptos fundamentales de la física moderna,
especialmente las características y estructura de la materia en el universo.
Analizar la forma en que los estudiantes representan las características de las teorías y modelos
propuestos por diferentes científicos que impactaron en la formulación y entendimiento de los
modelos Atómicos.
Caracterizar los espectros de emisión proporcionados por algunos gases y observados en la
experimentación.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 50
Metodología: Esta actividad tiene como finalidad plantear hipótesis de lo percibido, analizado y
estudiado en la teoría. Se trabaja en grupos de 3 o 4 estudiantes, cada uno debe tener su guía para
el registro individual, el laboratorio experimental es acompañado por el docente.
Una vez se aborda lo expuesto por Niels Bohr con su modelo atómico, se relaciona y enlace con
el espectro de hidrogeno atómico, se lleva a la pregunta ¿Cómo se origina un espectro de
emisión?; cuando se pasa una corriente eléctrica a través de un gas en un tubo a presion muy
baja, se emite una luz cuyo espectro no es continuo sino a líneas. (la luz que emite el tubo de
hidrogeno o el gas que se haya utilizado, está compuesta por frecuencias discretas y se genera un
espectro de líneas).
Para la elaboración del laboratorio experimental se trabajaron con tres tubos espectrales:
hidrogeno, helio y argón. Sin embargo, se hace énfasis en el tubo espectral del hidrogeno como
consecuencia del trabajo realizado por el científico Niels Bohr. Reconociendo que:
1. Los espectros de emisión los producen los átomos al retornar sus electrones a estados
de menor energía, por lo que estos son los causantes de informar sobre los estados
electrónicos del átomo.
2. A partir de lo anterior, Bohr propone en 1913 el modelo de electrones girando
alrededor del núcleo de los átomos en orbitas circulares, para la que NO es aplicable
según el cual una carga acelerada emite radiaciones continuamente.
3. Bohr calculo la energía y el radio de las orbitas de un electrón en el átomo de
hidrogeno.
4. A pesar del avance fundamental que represento el modelo Bohr, pronto salieron
problemas como: hechos experimentales no sustentados; como el momento magnético
del orbital s, no se sostiene el momento angular y los números cuánticos, ya que Bohr
hizo uno ajuste teórico y no un ajuste emperico en función de parámetro
experimentales (Alcalá, 1995)
El propósito de que cada estudiante tenga la guía es registrar hipótesis e ideas individuales, luego
cada grupo se reunirá y discutirá sobre lo escrito en la guía, para dar conclusiones generales de la
actividad en compañía del docente.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 51
Advertencia:
La labor que se pueda realizar en esta actividad es netamente descriptiva, el propósito es
consolidar ideas, trasladar y enlazar la actividad en las concepciones y aprendizajes que se han
tenido a lo largo de la historia con teorías, modelos estructuradas por la ciencia.
El estudiante o los estudiantes deben socializar de manera seria, coherente y clara lo expuesto
por Niels Bohr y su modelo atómico, de manera que no se desvirtué los conceptos y teorías
expuestas en los libros y en lo aprendido a lo largo de una ruta de aprendizaje, llevada por el
docente.
La guía tiene como propósito explorar el desarrollo y contenido de las principales ideas que ha n
contribuido a la comprensión del universo físico, dando lugar a la importancia gradual de las
especulaciones, observaciones, experimentaciones e ideas actuales que nos acompañan en el
siglo XXI.
4.4 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE LA SECUENCIA DIDÁCTICA
Una de las tantas formas de definir una secuencia didáctica, es la de decir que ella es una
estrategia a partir de la cual el docente traza el recorrido pedagógico que transitarán sus
estudiantes con su mediación, para construir y de construir su conocimiento, ajustándolo a los
contextos socio-culturales del momento. Diseñar una secuencia didáctica es, interrelacionar lo
declarativo con lo procedimental y lo actitudinal. La secuencia didáctica desarrollada por un
educador, depende fundamentalmente de la forma como piense la enseñanza y por ello,
establecer una clasificación es materialmente imposible.
Algunos de los aspectos generales a tener en para la secuencia didáctica son: 1) La trama
conceptual o recorrido temático alrededor del tópico, 2) Una delimitación de condiciones del
contexto de la secuencia, 3) Secuencia de actividades a realizar, 4) Objetivos y 5) Estrategias de
enseñanza, 6) Evaluación o análisis, 7) fuentes de información ofrecidas y sugeridas.
Para el desarrollo de la secuencia didáctica se trabajó con la siguiente características de
población:
o Colegio: Colegio Champagnat de Bogotá
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 52
o Estudiantes: grado undécimo
o Número de estudiantes: 20
o Horas trabajadas: 10 Horas
o Espacio de trabajo: Laboratorio, en horas de la escuela de física.
PRIMERA SESIÓN
CONSTRUCCIÓN DEL PENSAMIENTO A PARTIR DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN
Propósito:
Generar espacios de estudio de conceptos fundamentales de la física moderna, especialmente las
características y estructura de la materia. Describir la forma en que los estudiantes representan las características de un sistema sin tener
contacto directo de él, basándose en los sentidos. Analizar las hipótesis que los estudiantes plantean sobre las características de los elementos que
contienen las distintas cajas.
Actividad: Se reunieron 3 grupos de 5 estudiantes, se les entregó la guía de trabajo (ver anexo A), se ubicaron las
cajas (ver descripción de cajas, actividad, metodología, pág. #) en distintas mesas, de manera que cada
grupo pudiera rotar e ir escribiendo la hipótesis que consideraba apropiada para cada caja, estas
descripciones se hicieron inicialmente de forma individual. A continuación se muestra los resultados de
cada grupo una vez se socializó en el grupo lo escrito por cada estudiante.
Actividad 1, 3 y 4. Hipótesis posibles de las características del contenido de cada una de las cajas
Caja Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3
1. la caja no
contiene nada
dentro
NO HAY NADA DENTRO
DE ELLA NO HAY NADA
DENTRO DE ELLA,
ES DE COLOR
NEGRO
NO HAY NADA
DENTRO DE ELLA
2. La caja está
pintada de negro
por dentro y por
fuera, y dentro
tiene una tela de
seda en cada una
de las caras
LAS PAREDES ESTAN
FORRADAS DE UN
MATERIAL SUAVE
HAY TELA DE SEDA
PEGADA EN TODA
LA CAJA
ES SUAVE, EL COLOR
DE LA TELA ES ROJA.
3. La caja está
pintada por
dentro y dos de
sus caras tiene
materiales
LA CAJA TIENE DOS
BOMBILLOS QUE ESTÁN
APAGADOS UNO FRENTE
DEL OTRO, EN LAS
OTRAS CARAS
FRONTALES ESTAN
LAS CAJAS
INTERIORES DE LA
CAJA ESTAN
PINTADAS, TIENEN
BOMBILLOS EN DOS
DE SUS LADOS, EN
DOS CARAS DE LA
CAJA SON ASPERAS,
CARRASPOSAS, LAS
OTRAS DOS CAJAS
CONTIENEN
BOMILLOS
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 53
rugosos y otras
dos caras tiene
adherido dos
bombillos
apagados
ARRUGADAS Y
ÁSPERAS. LOS OTROS LADOS
ESTAN FORRADAS
DE UN MATERIAL
RUGOSO
REDONDOS
APAGADOS.
4. La caja contiene
una caja adentro,
en ésta tiene
adheridos dos
bombillos
prendidos y dos
apagados en otras
dos caras, además
contiene dos
prismas hechos
en cartón.
EL ESPACIO DE LA CADA
ES MAS ESTRECHO,
CONTIENE DOS
BOMBILLOS ESTAN
RENDIDOS PORQUE SE
SIENTE CALOR, ADEMAS
HAY DOS FIGURAS
RECTANGULARES
HAY UNA CAJA MÁS
PEQUEÑA DENTRO,
SE SIENTE
CALIENTE LA CAJA,
HAY DOS
BOMBILLOS Y HAY
DOS FIGURAS
GEOMETRICAS.
HAY UNA CAJA
DENTRO DE OTRA,
PORQUE A SIMPLE
VISTA LA CAJA
EXTERNA ES MAS
GRANDE, Y LA PARTE
INTERNA ES MÁS
PEQUEÑA, HAY DOS
BOMBILLOS
PRENDIDOS Y DOS
FIGURAS
GEOMETRICAS EN
FORMA DE PRISMA.
Actividad 2. Propiedades del contenido de las cajas que desean saber y no lo pueden percibir
El color, textura y el volumen Masa, volumen,
material Temperatura, color, masa,
volumen, material textura
Tabla 1
las respuestas que se analizaron tanto individual como grupal terminaron siendo muy
similares, se manifestó dentro de los grupos la forma en que plantean las hipótesis frente a lo que
puedan encontrar en cada caja, las respuestas encontradas en las actividades 1, 3 y 4 se
caracterizaron más por su semejanzas que por sus diferencias.
Los resultados encontrados en las diferentes actividades fueron suficientes para dar
cuenta que los estudiantes tienen la capacidad de formular hipótesis acerca de las características
planteadas por cada caja, dando cuenta que existen propiedades del sistema que no son reflejadas
a simple vista, y se vieron en la necesidad de construir un modelo interno del contenido de las
cajas.
En la actividad dos de la primera sesión, se encontró que hay varias diferencias en el
planteamiento de las hipótesis de las cajas, debido a que la pregunta de la actividad tiene que ver
con las propiedades del contenido de las cajas que desean saber y no lo pueden percibir.
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 54
La docente finalizó la actividad relacionando el sentido que tiene el modelo frente a las
hipótesis formuladas por un sistema que no se puede analizar directamente, dio apertura a
preguntar sobre el sentido que tiene el modelo dentro de la ciencia, estableciendo una discusión
sana sobre el uso del modelo en los distintos contextos y cómo se relaciona con las teorías
propuestas por científicos.
También se hizo énfasis en la relación existente entre los modelos identificados en las
teorías y la deducción que tiene los científicos a partir de estos modelos en la explicación de
fenómenos, cuando se realiza este tipo actividades se lleva a un contexto donde la enseñanza y
aprendizaje de temáticas relacionadas con la física, particularmente de la física moderna
recobran sentido donde no basta mostrar teorías ya formalizadas, es necesario la
contextualización y otros aspectos también relacionados particularmente.
SEGUNDA SESIÓN
ANALIZANDO Y CARACTERIZANDO MODELOS Y TEORÍAS FÍSICAS
Propósitos: Generar espacios de estudio de conceptos fundamentales de la física moderna,
especialmente las características y estructura de la materia en el universo.
Analizar la forma en que los estudiantes representan las características de las teorías y modelos propuestos por diferentes científicos que impactan en la formulación y entendimiento de los modelos universales.
Actividad
Esta actividad tuvo como finalidad plantear hipótesis de lo percibido, analizado y estudiado las
teorías geocéntricas y heliocéntricas. Se trabajó en grupos de a 7 y uno de 8 estudiantes cada
uno tenía su guía para el registro individual, se realizó en el laboratorio, las guías fueron leídas,
subrayando palabras claves y desconocidas.
Para el tercer y cuarto punto de la guía cada grupo discutió lo sobresaliente en cada teoría, dando
lugar a las siguientes apreciaciones.
Grupo geocéntrico Grupo heliocéntrico
La teoría del geocentrismo fue
expuesta principalmente por
Ptolomeo.
Observación minuciosa hacia el
Quien propone la teoría es Nicolás
Copérnico.
El movimiento de los cielos hace pensar
que es por el movimiento de la tierra
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 55
cielo, de estrellas que más tarde
serían planetas
descripción detallada de los planetas
sobre el movimiento a lo largo del
cielo.
el orden de los planetas que giraban
alrededor de la tierra
La teoría fue defendida por la
religión
Las distancias entre planeta y
planeta, entre el sol y los planetas
Era lo suficiente precisa con los
instrumentos que existían en ese
tiempo.
Da cuenta de los epiciclos del
movimiento de los astros
Ya venus y mercurio no giran alrededor
de la tierra sino alrededor del sol.
Cálculos de distancias de la tierra-sol y
luna-tierra propuesto por Aristarco de
Samos
Si el Sol como la esfera de las estrellas
fijas es más grande que la Tierra, no es
posible que lo mayor gire en torno a lo
más pequeño sino que debe darse lo
contrario. (Heliocentrismo antiguo).
Brillo y tamaño de algunas estrellas.
Movimiento de rotación y traslación
además del de precesión de la tierra
Modelo estudiado posteriormente por
Galileo Galilei y Johannes Kepler
Tabla 2
Los estudiantes realizaron la lectura subrayando las palabras claves e ideas sobresalientes de
cada teoría, para cada una de las ideas que plantean los estudiantes en los grupos, discuten
fortaleciendo las hipótesis que inicialmente se plantearon individualmente, algunos con bases
muy seguras del planteamiento de cada modelo.
Grupo geocéntrico Grupo heliocéntrico
Los estudiantes plantearon que para
defender la teoría se hace necesario
estar en la época, sobre todo por la
limitación que se tenía en el avance
de instrumentos de medida.
Según el sistema de referencia tierra-
estrellas y cuerpos celestes, se denota
el movimiento del sol y la luna que se
mueven con respecto al observador.
a las 2 de la tarde el sol se encontraba
en un punto cerca al occidente con
respecto a la horizontal, luego a las 4
de la tarde el sol se habia movido mas
ahcia el occidente probando que el sol
orbita alrededor de la tierra,
Explicación de los epiciclos, cada
planeta orbita en un círculo llamado
epiciclo.
El modelo geocéntrico es válido por
Los estudiantes responden a las
necesidades de instrumentos de
medida más precisos y exactos para la
observación y medición de fenómenos
saos en el cielo.
con la invención del telescopio
nosotros podemos demostrar que la
luna se traslada y rota alrededor de su
eje.
con las fases lunares y las fases de
venus
les refutan la idea a los geocéntricos
cuando se dan cuenta que solo con
observación la luna tiene fases y se ve
distinta en cada movimiento terrestre,
con lo que los geocentristas no pueden
responder.
Los estudiantes dibujaron las fases
lunares observadas
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 56
las constantes observaciones de los
astros para la época.
los estudiantes realizaron un diagrama
astronómico de lo observado en el
cielo.
el tamaño de la luna y de las estrellas
no es el mismo en todo momento
Nombraron el péndulo de Foucaoult,
una prueba más para demostrar la
rotación de la tierra.
Tabla 3
Finalmente con el análisis de lo que cada grupo aprecia frente a cada modelo se considera
fundamental el planteamiento de hipótesis y posibles formas de defender las ideas con los
recursos que se tiene en la época, además la forma de analizar textos y plantear argumentos que
consideran validos desde el contexto en el que se encuentra, teniendo en cuenta la observación
como herramienta fundamental.
Es posible llegar a la relación existente entre el modelo mental de lo que cada estudiante
podría plantear de cada teoría y el modelo teórico de algún fenómeno físico.
TERCERA SESIÓN
CARACTERIZANDO LOS ESPECTROS DE EMISIÓN DE ELEMENTOS
Propósito:
Generar espacios de estudio de conceptos fundamentales de la física moderna,
especialmente las características y estructura de la materia en el universo.
Analizar la forma en que los estudiantes representan las características de las teorías y
modelos propuestos por diferentes científicos que impactaron en la formulación y
entendimiento de los modelos Atómicos.
Caracterizar los espectros de emisión proporcionados por algunos gases y observados
en la experimentación.
Actividad:
Esta actividad tuvo como finalidad plantear hipótesis de lo percibido, analizado y estudiado en la
teoría. Se trabajó en grupos de 3 y 4 estudiantes, cada uno debía tener su guía para el registro
individual, el laboratorio experimental es acompañado por dos docentes.
Se abordó en una clase anterior todo lo relacionado al modelo atómico de Bohr y lo que se haría
en la siguiente clase, se trabajaron conceptos como: ¿Qué es un espectro, un espectro de emisión,
tubos espectrales, espectroscopio...etc? lo abordado dentro de la guía trabajada en clase
posteriormente.
En esta actividad experimental se trabajó con estudiantes de grado undécimo, la temática
abarcada que está sustentada en los conceptos aprendidos previamente en grado décimo, es
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 57
necesario que los estudiantes hayan comprendido y experimentado tópicos acerca de la
naturaleza del átomo, la forma en que ha evolucionado la concepción de los modelos a partir de
distintas teorías aportadas por los científico,
Para las conclusiones de los grupos se obtuvo lo siguiente.
Grupos Conclusiones
1 El grupo concluyó que;
La espectroscopia es la relación entre la energía y la propagación de esta por la
materia (gas)
Los gases emiten y absorben energía
Los espectroscopio son instrumentos para analizar los espectros de los tubos
con gases.
2
El grupo concluyó que:
los espectros de emisión se generan por que en el espectroscopio hay un prisma
este es capaz de descomponer la luz blanca.
el modelo atómico de Bohr sirve para entender los espectros de emisión que
tiene un gas cuando está en presencia de radiación electromagnética
las líneas de colores que se general son muy llamativas.
3 El grupo concluyó que;
como los espectros de emisión ya son estudiados, se pudo identificar a qué tipo
de gas pertenecía cada tubo.
Los tubos de espectros tienen el gas a bajas presiones.
para emitir un espectro de emisión es necesario tener la conexión de una fuente
de voltaje.
El modelo atómico que estaba dibujado en los libros es bastante lejano de la
física del átomo.
Tabla 4
Los estudiantes se sintieron contextualizados con la práctica y con lo dicho en los
distintos libros sobre el modelo atómico, la consulta y la elaboración del laboratorio
experimental acompañada fue base para la interpretación de lo observado y aprendido
Los diferentes grupos de trabajo interpretaron ideas similares al hacer la observación de
los espectros, se fomentó el asombro y el interés por el laboratorio.
De acuerdo con los descrito por cada grupo se concluyó que es indispensable la
elaboración de laboratorios experimentales para la comprensión y análisis de temáticas
ANÁLISIS DEL MODELO COMO REPRESENTACIÓN Y SU INCIDENCIA EN LA CONCEPCIÓN DEL MODELO ATÓMICO DE BOHR 58
conceptuales de la física moderna. La presencia de las teorías y las experiencias son un soporte
práctico para el aprendizaje objetivo del estudiante.
CONCLUSIONES 59
CONCLUSIONES 5.
Se reconoce que la intervención de los estudios de corte histórico epistemológico dentro
del trabajo permitió formalizar de manera significativa la intervención del modelo como
representación en la enseñanza de la física y su comprensión dentro del modelo atómico de Bohr.
El modelo como representación permite recuperar el significado práctico y organizativo
de los conceptos físicos de manera que puedan modelar estos como lo hace una comunidad
científica quienes modelan la estructura de la materia posible dándole un significado más
práctico y organizativo para su investigación.
La noción de perfil epistemológicos nombrados por Gastón Bachelard (1884-1962) en su
libro La filosofía del no ensayo de una filosofía de nuevo espíritu científico nos ofreció de
manera significativa los diferentes niveles nocionales que se pueden considerar a partir del
concepto de masa dado de esta forma se hizo de modo analógico los diferentes niveles
nocionales que se puede llegar con el modelo atómico de Bohr y como estos cumplen con ser un
momento de la evolución de pensamiento.
Dentro del trabajo se reconoce que la enseñanza y aprendizaje del modelo atómico de
Bohr puede llegar a convertirse en una temática sin trascendencia dentro del aula, donde podría
ser un inventario de acontecimientos dados sin justificación. Sin embargo, la utilización del
modelo como representación sirve como herramienta ya que es un agente dinamizador dentro de
las acciones de enseñanza y aprendizaje que se dan en el aula.
El modelo atómico de Bohr se conoce desde hace un siglo, es difícil concluir a partir de
los contenidos en libros que son incorporados en el aula de clase la comprensión de dicho
modelo, se necesita del docente como activo formalizador de conocimiento quien es capaz de
llevar esta temática sin artificios, sino de manera natural donde la aparición de teorías,
experimentos y cálculos son indispensables para el entendimiento de este.
CONCLUSIONES 60
Con el objeto de dinamizar el desarrollo de trabajo se realizó la producción de tres guías y
una cartilla “El Modelo Atómico” con base a los diferentes contextos que se analizaron. De esta
manera se buscaba relacionar el modelo como representación y el modelo atómico de Bohr.
El desarrollo de cada guía implementada depende principalmente de la motivación del
docente, buscando involucrar al estudiante en temáticas poco frecuentes en la enseñanza de la
física, dando lugar a la elaboración de laboratorios experimentales y a la fomentación de la
discusión y sustentación de sus propias ideas.
La ruta que se siguió en la implementación de cada guía y en la cartilla fue útil para el
análisis y descripción de lo que los estudiantes conciben frente al desarrollo del modelo atómico
de Bohr y los cambios conceptuales que sufrieron en la percepción de la naturaleza del átomo.
REFERENCIAS 61
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http://www.webdianoia.com/pages/mapa.htm
ANEXOS 65
A. ANEXO: Actividad 1- Construcción del pensamiento a partir del modelo
como representación
COMUNIDAD DE HERMANOS MARISTAS DE LA ENSEÑANZA
PROVINCIA NORANDINA - COLOMBIA
COLEGIO CHAMPAGNAT - BOGOTÁ
Primera actividad- Construcción del pensamiento a partir del modelo como representación- Prof. Yenifer Hernández
Propósito: Generar espacios de estudio de conceptos fundamentales de la física moderna,
especialmente las características y estructura de la materia.
Integrantes:_________________________________________________________________________
¡Para tener en cuenta?
Los modelos son representaciones mentales (sin
importar la forma de representación) que los
científicos utilizan para razonar (Nersessian,
1999) y por tanto favorecen la construcción y
utilización del conocimiento científico. De este
modo, por ser productos del pensamiento
humano, al ser utilizados para la enseñanza y el
aprendizaje de las ciencias, ellos permiten
simplificar fenómenos complejos y ayudan en la
visualización de entidades abstractas.
Materiales
Cuatro cajas elaboradas a mano
Lápiz
Hojas
Procedimiento
Se reunirán en 4 grupos, los cuales se formara
según lo quieran los estudiantes, a cada grupo se
le entregará una caja, con la que podrán
interactuar utilizando los sentidos y descubrirán
“algo” que habrá allí en su contenido.
Antes de averiguar sobre las cajas, tengan
presente las siguientes actividades.
1ra actividad:
Planteará con su grupo las hipótesis posibles de
las características del contenido de cada una de
las cajas.
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
2da actividad
¿Qué propiedades del contenido de las cajas
desean saber y no lo pueden percibir?
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
3ra actividad
¿Qué encontraron dentro de las cajas?
Descríbalo.
Caja 1
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
_____________________
Caja 2
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
_____________________
Caja 3
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
_______________________________
___________________________________________
__________________________________________
ANEXOS 66
Caja 4
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
__________________________________________
4ta actividad
Discutir entre los grupos de trabajo los resultados
encontrados en las actividades 1, 2 y 3, e
identificar respuestas similares y diferentes dadas
por los grupos. Realice un breve escrito.
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
___________________________________________
________________________________
Cordialmente,
Prof. Yenifer Hernández León
ANEXOS 67
B. ANEXO: Actividad 2- Analizando y Caracterizando teorías
COMUNIDAD DE HERMANOS MARISTAS DE LA ENSEÑANZA
PROVINCIA NORANDINA - COLOMBIA
COLEGIO CHAMPAGNAT - BOGOTÁ
Segunda actividad- Analizando y Caracterizando teorías – Prof. Yenifer Hernández León
Propósito: Generar espacios de estudio de conceptos fundamentales de la física moderna, especialmente las características y estructura de la materia en el universo. Integrantes:_________________________________________________________________________
¡Para tener en cuenta¡
“Si bien los instrumentos ópticos de precisión
tardaron todavía 2000 años en aparecer, la
simple observación del cielo nocturno había
proporcionado unos 400 a. de c. los datos e
interpretaciones suficientes respecto a los
movimientos de los cuerpos celestes para
establecer diversas teorías sobre el Universo”.
(Holton, Introducción a los conceptos y teorías
de las ciencias físicas, 2004)
A continuación lea atentamente cada una de los
modelos existentes para la explicación del
movimiento de los planetas y el sol dentro del
sistema solar y luego cómo el modelo
geocéntrico y heliocéntrico termina siendo las
teorías que actualmente son utilizadas por los
astrónomos y en contextos de formación
científica y educativa.
Teoría Geocéntrica
“La forma del mundo para el griego no se aleja
mucho del sentido común o de la impresión que
se lleva una persona al observar la noche
estrellada por un tiempo prolongado. El
firmamento se nos presenta como una gran
bóveda o semiesfera en la que se encuentran
enclavadas las estrellas y los planetas. Al
transcurrir los minutos detectamos que el
conjunto de estrellas se mueven al unísono
manteniendo la configuración existente entre
ellas describiendo semicircunferencias que tienen
como centro nuestro punto de observación, la
Tierra. Esta corta observación nos permite
comprender por qué las civilizaciones babilónica
y egipcia, desde aproximadamente el siglo VIII
antes de nuestra era, para orientarse en este mar
de estrellas convinieron en agruparlas en
constelaciones y darles nombres de acuerdo con
formas muy familiares. Es así que los babilonios y
egipcios hicieron un mapa de los cielos
definiendo las constelaciones y dando su
ubicación relativa. Si continuamos nuestras
observaciones nocturnas durante varios días llega
un momento en que nuestra mirada se hace más
aguda y podremos detectar que no todo en el
cielo se mueve de la misma forma. Hay puntos
luminosos que a simple vista no se distinguen de
las estrellas y que si bien se mueven no lo hacen
con todo el conjunto de estrellas. Es
precisamente esta diferencia de movimientos la
que permite distinguir entre planetas y estrellas.
En ocasiones estos puntos luminosos especiales se
retrasan y adelantan en relación con la
constelación en donde se encuentran,
describiendo una especie de bucle para continuar
su travesía a lo largo de un grupo de
constelaciones especiales, las constelaciones del
zodiaco. A este número reducido de puntos
ANEXOS 68
luminosos, que no pasan de cinco observables a
simple vista, se les dio el nombre de planetas
(Mercurio, Venus, Marte, Júpiter, Saturno)2;
queriendo decir con ello que son cuerpos
vagabundos o errantes respecto al movimiento
ordenado de las estrellas, de las estrellas fijas
como se les decía. Las estrellas se dice que son
fijas precisamente porque no hay movimiento
relativo entre ellas, sino que todas en conjunto se
mueven. Por otra parte, aunque los planetas no
tienen el movimiento regular observado en las
estrellas, estos poseen cierta regularidad en su
movimiento a través de las constelaciones del
zodiaco, tardando un tiempo determinado, fijo,
para ubicarse de nuevo en la constelación de
partida. Este tiempo es el que se conoce como
año del planeta respectivo. De tal forma que de
todas las observaciones precedentes no es difícil
concluir que los cielos tienen la forma de una
gran esfera que gira uniformemente y que el
grupo de estrellas que desaparecen en el
horizonte durante la noche completan el círculo
de su recorrido viajando con un movimiento
igualmente uniforme sobre la otra cara que no
observamos de la Tierra y que a la noche
siguiente podremos encontrar a este mismo
grupo de estrellas en el firmamento. La
justificación anterior del principio de circularidad
y uniformidad que dominó a la astronomía
geocéntrica recurre a la observación directa, pero
se encuentran otras justificaciones que no pueden
considerarse de menor importancia y que son de
interés; una de ellas involucra aspectos
cosmológicos sobre la creación del mundo
2 El subrayado es nuestro
mezclados con elementos estéticos o
matemáticos”. (Guerrero Pino, 2004)
El éxito de Ptolomeo
“La teoría geocéntrica de Ptolomeo explica, por
ejemplo, el movimiento retrógrado de los
planetas uno de los fenómenos astronómicos más
importantes a explicar, junto con la variación del
brillo de los astros, recurriendo a una
circunferencia llamada deferente que tiene como
centro la Tierra y a un epiciclo que es otra
circunferencia de radio menor cuyo centro se
ubica sobre el deferente. Los períodos de
rotación del deferente y del epiciclo se ajustan de
acuerdo con el movimiento del planeta que se
quiere explicar, de tal manera que producen los
bucles correspondientes al movimiento
retrógrado. La técnica de epiciclos y deferentes
no sólo da cuenta del movimiento retrógrado de
los planetas sino que también del aumento del
brillo del planeta en el momento de la
retrogradación, causado precisamente por el
acercamiento del planeta a la Tierra” (Guerrero
Pino, 2004)
EL sistema tuvo una aceptación general luego que
llegó a conocerse, y esto por cinco razones
poderosas:
a. El sistema de Ptolomeo daba un
descripción suficientemente precisa de lo
que podía observarse con los
instrumento de su tiempo.
b. Predecía aceptablemente las trayectorias
futuras de los planetas, para los fines de
la época, aunque fuesen precisos cálculos
laboriosos; y cuando ocurría una
discrepancia considerable entre las
predicciones y observaciones, se resolvía
ANEXOS 69
reajustando un poco las <<ruedas>>
de este esquema flexible. ¡Hoy, todavía
como en aquel tiempo, el sistema
geocéntrico es preferido para los cálculos
en navegación y en astrología!
c. Proporcionaba una explicación natural
de por qué las estrellas fijas no muestran
paralaje anual
d. En muchos aspectos estaba de acuerdo
con la doctrina filosófica y física de los
griegos relativa a la naturaleza de la
tierra y de los cuerpos celestes.
Posteriormente cuando fue
reintroducido en Europa por los árabes,
al sistema de Ptolomeo se le dio una
significación teológica. Además, estaba
en línea con la física contemporánea
basada en la misma doctrina filosófica
del movimiento natural.
e. Tenía una <apariencia del sentido
común>. No es difícil sentir la sensación
de que realmente <<Vemos>> al sol y
a las estrellas moviéndose alrededor
nuestro, y es razonable pensar que nos
encontramos sobre una tierra inmóvil y
estable.
Figura 1. Tomada de (Guerrero Pino,
2004)
Pero con el tiempo, y a pesar de todo, la teoría
geocéntrica de Tolomeo fue desplazada por la
heliocéntrica. (Holton, Introducción a los
conceptos y teorías de las ciencias físicas, 2004).
Teoría Heliocéntrica
El heliocentrismo antiguo
“Antes de ver el paso de una concepción
geocéntrica del mundo a una heliocéntrica vale
la pena preguntarnos qué aspectos impidieron la
aceptación de una estructura heliocéntrica del
universo en la época antigua. El pensamiento
antiguo no fue ajeno a la posibilidad de pensar
un mundo sin centro en la Tierra e infinito; todo
este tipo de consideraciones eran posibles dentro
de un pensamiento altamente especulativo como
el griego. La escuela pitagórica, dentro del siglo V
antes de nuestra era, fue la primera en proponer
un universo no centrado en la Tierra. Su ideal de
que todas las cosas están gobernadas por los
números y la armonía los llevó a postular como
centro del mundo a una gran bola de fuego, el
Altar de Zeus, que irradia luz en todos los
sentidos y en donde reside el principio de la
actividad cósmica.
Antes de nuestra era hace ver que el movimiento
de los cielos puede ser originado no por el
movimiento de la esfera de las estrellas sino por
un movimiento de rotación de la Tierra; además
aseguró que tanto Venus como Mercurio no
giran en torno a la Tierra sino en torno al Sol.
Dentro de la escuela alejandrina y acorde con su
propuesta de hacer una descripción matemática
de los cielos, Aristarco de Samos a mediados del
siglo III antes de nuestra era propuso un mundo
centrado en el Sol, conclusión que obtuvo no a
la manera especulativa de los pitagóricos sino
llevado por el cálculo de las distancias relativas
entre Sol-Tierra y Luna-Tierra, al igual que del
cálculo de los tamaños relativos del Sol y la Luna
ANEXOS 70
respecto al de la Tierra, encontrando que el Sol
es mucho mayor que la Tierra. Si tanto el Sol
como la esfera de las estrellas fijas son más
grandes que la Tierra, se planteaba Aristarco, no
es posible que lo mayor gire en torno a lo más
pequeño sino que debe darse lo contrario. De lo
anterior surge entonces la pregunta: ¿por qué no
se arraigó el heliocentrismo en la antigüedad? El
argumento de Aristarco es bastante atractivo y en
parte soportado en mediciones astronómicas,
pero puede decirse que las razones en contra del
heliocentrismo fueron más convincentes para la
época. No sólo se daba que el pensamiento
antiguo no estaba preparado para aceptar una
idea de este tipo sino que también los partidarios
de la teoría geocéntrica presentaban argumentos
poderosos como los que siguen. Primero, en una
Tierra en movimiento los cuerpos sobre su
superficie no presentarían la quietud que
manifiestan sino que saldrían expelidos por los
aires; además, las nubes y pájaros en su vuelo se
verían retrasados o adelantados desde la Tierra
ya que no comparten el movimiento de ésta; y,
por último, al lanzar un cuerpo verticalmente era
de esperar que éste no retornara de nuevo al
lugar desde donde se lanzó. En segundo lugar,
aparte de las anteriores objeciones físicas,
dinámicas, se encuentra una objeción
astronómica como la del paralaje ¿cómo es que
desde la Tierra girando en torno al Sol no se
observa ningún cambio tanto en el brillo y
tamaño de las estrellas como en las figuras de las
constelaciones?, pues es claro que en cierto
tiempo la Tierra estaría más cerca un grupo de
estrellas y tiempo después, por ejemplo al cabo
de seis meses, estaría en una posición más
distante. De hecho este efecto de paralaje existe,
pero es tan sumamente pequeño este cambio que
sólo se pudo observar hasta tres siglos después
que Copérnico propusiera la teoría heliocéntrica.
Finalmente, una tercera objeción tenía que ver
con la observación directa: el sólo hecho de ver
que el Sol y las estrellas son las que se mueven es
razón suficiente para inferir que realmente deben
estar en movimiento. Aparte de estas objeciones
se pueden extraer otras de tipo cultural; por
ejemplo, ya se dijo que el geocentrismo no sólo
se fundamenta en ideas cosmológicas y físicas
sino que también trasciende al ámbito teológico.
Nicolás Copérnico (1473- 1543), como bien
plantea Kuhn, es el último antiguo y el primer
moderno en cuestiones astronómicas. Copérnico
fue llevado a plantear su modelo heliocéntrico,
entre otras cosas, por la diferencia de opinión
existente entre los matemáticos del momento
sobre la estructura del universo y porque para
ese entonces los desfases en el calendario eran
bastante notorios y se hacía necesario la
elaboración de uno nuevo, tarea que se
emprendió y culminó con la realización del
calendario gregoriano en 1582, el cual no fue
propiamente elaborado por Copérnico pero sí
basado en sus cálculos. Copérnico era consciente
que las fallas presentes en el calendario no eran
de carácter puramente técnico sino que su origen
se encontraba en la concepción astronómica
ptolemaica que lo soportaba. Otro aspecto que
también motivaba a Copérnico, ya no práctico
como el anterior, era el de la búsqueda de Un
aspecto importante que preocupaba
especialmente a Copérnico del modelo
ptolemaico era la forma compleja de cómo a
ANEXOS 71
partir de un buen número de epiciclos se
explicaba el movimiento retrógrado de los
planetas. Impulsado por su espíritu platónico de
un mundo geométrico, ordenado y simple,
Copérnico encuentra que la retrogradación de
los planetas se vuelve una conclusión natural si la
Tierra se mueve en torno al Sol, de modo que ya
no hay necesidad alguna de recurrir a los
epiciclos. Se presenta, por ejemplo, el
movimiento retrógrado de un planeta superior,
como Júpiter, cuando la Tierra se va
aproximando a él y lo traspasa porque su
velocidad es mayor. En el caso de los planetas
inferiores, Venus y Mercurio, sucede lo contrario:
son estos los que se mueven más rápido que la
Tierra y se detecta su retrogradación desde la
Tierra cuando se están acercando a ella. El
heliocentrismo copernicano no rompe aún con el
principio de circularidad y uniformidad, pero el
sólo hecho de desplazar la Tierra del centro del
mundo invita a pensar que ésta no es de
naturaleza diferente a la de los demás planetas y
cuerpos celestes, tema sobre el que Copérnico no
se manifestó explícitamente. Copérnico, al
mantener la circularidad, es heredero también de
las esferas cristalinas y, como es natural, concluye
que la Tierra se halla unida a una de ellas. De
forma tal que Copérnico se ve forzado a
involucrar un tercer movimiento en la Tierra, el
de precesión, además del movimiento de
rotación sobre su propio eje y el de traslación en
torno al Sol. El movimiento de precesión de la
Tierra es, en otras palabras, el movimiento
cónico del eje terrestre que hace que el eje
siempre esté apuntando hacia un mismo punto
del firmamento, un punto muy próximo a la
estrella polar. Dicho movimiento permite de esta
manera explicar el cambio en las estaciones;
puesto que si la Tierra no tuviera este
movimiento de precesión y se encontrase
firmemente agarrada a la esfera cristalina, su
superficie quedaría expuesta a los rayos solares
siempre de la misma forma, de modo que no
habría cambio de estación. Los planteamientos
copernicanos estuvieron también sometidos a
una dura crítica, muy semejante a la que
soportaron los de Aristarco por parte de los
defensores de una Tierra estática, pero a
diferencia de este último, las ideas de Copérnico
estaban dominadas por un ideal de armonía
geométrica y de simplicidad cualitativa. Estos dos
elementos serán muy tenidos en cuenta por
Kepler y Galileo, quienes igualmente cultivaban
este ideal matemático-platónico”. (Guerrero
Pino, 2004).
“El objeto de la ciencia, como el de todo
quehacer intelectual, es penetrar más allá de lo
inmediato y visible, y con ello situar los
fenómenos observables en un nuevo y más
amplio contexto. Pues, al igual que un iceberg
flotante, cuya mayor parte se encuentra oculta
en el mar, sólo una pequeña parte del mundo
físico se revela ante nosotros de un modo
directo. La suprema función de una teoría es
ayudarnos a captar la imagen completa de este
mundo físico. En su nivel más simple una teoría
nos ayuda a interpretar lo desconocido en
términos de lo ya conocido. Es un esquema
conceptual que inventamos o postulamos para
explicarnos a nosotros mismos y a los otros los
fenómenos que observamos y las relaciones que
ANEXOS 72
existen entre ellos, para reunir, de este modo, en
una estructura única, conceptos, leyes, principios,
hipótesis y observaciones provenientes a menudo
de campos muy diversos.” (Holton, Introducción
a los conceptos y teorías de las ciencias físicas,
2004).
Cordialmente,
Prof. Yenifer Hernández León
DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD
Procedimiento.
1. Se organizaran en dos grupos
2. Cada grupo tendrá un nombre, el cual
corresponde a “Geocéntrico” y “Heliocéntrico”
3. De acuerdo a la lectura oceánica anteriormente
expuesta y a sus conocimientos previos sobre
cada una de las teorías, iniciara un proceso de
análisis y caracterización para cada teoría
dependiendo en el grupo en el que se
encuentre.
4. Iniciará el análisis poniendo en marcha una
lista de características de su teoría, de tal
manera que sean la base primordial para
defenderla.
5. Hará uso de la observación, análisis,
experimentación o cualquier método como
herramienta importante dentro de la ciencia,
para conseguir credibilidad de acuerdo a la
interpretación de su teoría con respecto al otro
grupo.
6. Una vez organizados socialice de manera seria,
coherente y clara lo expuesto por su teoría.
ANEXOS 73
C. ANEXO actividad 3: Caracterizando los espectros de emisión de elementos
COMUNIDAD DE HERMANOS MARISTAS DE LA ENSEÑANZA
PROVINCIA NORANDINA - COLOMBIA
COLEGIO CHAMPAGNAT - BOGOTÁ
Tercera actividad- Caracterizando los espectros de emisión de elementos – Prof. Yenifer Hernández León
Propósito: Generar espacios de estudio de conceptos fundamentales de la física moderna,
especialmente las características y estructura de la materia.
Integrantes:__________________________________________________________________________¡
¡Para tener en cuenta¡
Se denomina espectro de emisión atómica de
cierto elemento al conjunto de frecuencias de las
ondas electromagnéticas que son emitidas por
átomos del elemento cuando éste se encuentra
en un estado gaseoso y se trasmite energía. Estos
espectros sirven para identificar una sustancia,
análogamente a una huella dactilar, por lo que
también es de utilidad para identificar si un
compuesto es nuevo o no.
Cuando los gases de una determinada sustancia
se coloca en un tubo de espectros y se calienta a
una temperatura elevada, éste emite radiaciones
que al pasar por un prisma se refractan y se
desvían los frentes de onda de su movimiento
rectilíneo. Al poner una placa detectora se podrá
observar el espectro de emisión de la sustancia
que se encuentra en el tubo.
Cuando se calienta la sustancia, se emiten fotones
con cierta energía, esto depende de la sustancia
calentada, la energía de los fotones está dada por
la relación:
La frecuencia se puede obtener por la relación:
Dónde:
Por ejemplo el espectro de luz blanca o visible
contiene toda la gama, como se observa en la
figura 1.
Figura 1. Tomada de www.aloj.us.es
En la figura 2 y figura 3. Se observa el espectro
de emisión y absorción de luz respectivamente
del elemento hidrogeno
Figura 2. Tomada de “el espectro de emisión del
hidrogeno” casanchi.com
ANEXOS 74
Figura 3. Tomada de “el espectro de absorción del
hidrogeno” casanchi.com.
Materiales:
1. Tubos espectrales
2. Fuente de luz blanca
3. Cámara fotográfica
4. Soporte horizontal
5. Fuente de voltaje
6. bobina de Ruhmkorff
7. Cables caimán
8. Espectroscopio
Procedimiento
1. Ubicará tres tubos espectrales en los
soportes horizontales
2. Conectar la fuente de voltaje a la bobina
de Ruhmkorff y luego a los tubos
espectrales por medio de cabes caiman
3. Encender la fuente de luz blanca para la
observación del espectro de cada
sustancia por medio del espectroscopio
4. Tomar la fotográfica a cada espectro
5. Identificar la posición de cada espectro y
nombrar los elementos a los que hace
referencia.
Desarrollo experimental
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Resultados_________________________________
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Análisis____________________________________
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Análisis con el docente
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Conclusiones
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Bibliografía
McKagan, S., Perkins, K., & Wieman, C. (2008). Why we
should teach the Bohr model and how to teach it effectively.
phisics.ed-ph, 1-10.
Hernández Márquez, Maribel ; Luna García, Crescencio;
Tepanectl, Laura Alejandra; Romero, David Oswaldo;.
(2011). Espectros de emisión. México.
http://personales.ya.com/casanchi/did/er.htm
http://es.jimdo.com/info/framebuster/
Cordialmente
Prof. Yenifer Hernández León