el experimento en el aula de clase (ciencias)

8/20/2019 EL EXPERIMENTO EN EL AULA DE CLASE (CIENCIAS)

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Rector

Juan Carlos Orozco Cruz

Vicerrector Académico

Edgard Alberto Mendoza Parada

Vicerrectora Administrativa y Financiera

María Ruth Martínez Hernández

Vicerrector de Gestión Universitaria

José Domingo Garzón

© Universidad Pedagógica Nacional

ISBN: XXXXXXXXXX

Primera edición, 2011

Preparación EditorialUniversidad Pedagógica Nacional

Fondo Editorial

Luis Emilio Ávila Rodríguez

Coordinador

Corrección de estilo: Santiago Silva Aponte

Diagramación y diseño: Juliana Avella Vargas

Impreso en Javegraf

Bogotá, Colombia, 2011

Prohibida la reproducción total o parcial sin permiso escrito

de la Universidad Pedagógica Nacional


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El experimento en el aula

Comprensión de fenomenologías y

Construcción de

magnitudes

Centro de investigaciones Universidad Pedagógica Nacional - CIUP

Los Autores:

José Francisco Malagón Sánchez

María Mercedes Ayala Manrique

Sandra Sandoval Osorio

Contribuciones:

Juan David Medina TamayoMilton Tarazona Palacio

Raul Eduardo Moreno Peña

Cesar Augusto Torres Cabra

Bogotá D. C.Mayo de 2011


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Contenido

Presentación 5

PRIMERA P ARTE

Elementos para la reflexión sobre la actividad experimentalen la enseñanza de las ciencias

Construcción de magnitudes y organización defenomenologías 13

SEGUNDA P ARTE

Aportes de los estudios históricos críticos al problema de laexperimentación en la enseñanza de las ciencias

Construcción de magnitudes: el caso de los fenómenostérmicos 39El pH como magnitud: aspectos teóricos yexperimentales 53El caso de la medición del potencial eléctrico: un ejem-plo de recontextualización de saberes 69

TERCERA P ARTE

Estudio de caso y experiencias de aula

La actividad experimental y la fenomenología en tornoa la energía mecánica 97La densidad como magnitud organizadora delfenómeno de flotación de los cuerpos 115

Conclusiones generales 139

Los autores 143


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Presentación




Grupo Física y Cultura

Universidad Pedagógica Nacional

Este libro es producto del trabajo de investigación que se ha desarrollado desde

2005 sobre la relación entre el experimento y la construcción de magnitudes,

con el fin de que esta relación proporcione elementos para hacer propuestas

significativas y contextualizadas para las clases de ciencias. Esta preocupa-

ción aparece toda vez que, revisada la literatura vigente sobre el rol que se le

asigna al experimento en las clases de ciencias, se han encontrado al menos

tres tendencias: una, en la que se considera que la actividad experimental en

las clases ciencias debe recrear las condiciones en las cuales se da la actividad

de las comunidades científicas; otra, en la cual se asume una distancia entre laexperiencia en el campo de la actividad científica y la educación en ciencias, y

una tercera, en la cual se propone que la actividad experimental está en estre-

cha relación con la construcción y la comprensión de las problemáticas y los

fenómenos que se trabajan en el aula de clase.

Todas estas posturas se deben leer en relación con las opciones epistemoló-

gicas y pedagógicas que se encuentran en la base, donde el punto de referencia

obligado en la enseñanza de las ciencias son los resultados producidos al interior

de las comunidades científicas y estandarizados por los currículos de ciencias.

Pero pensar en la ciencia como un proceso y una actividad humana implica

hacer de la experimentación un todo con la dinámica de la clase que se pone

en relación con las búsquedas y las posibilidades de comprensión de los estu-

diantes (Segura, 1993).

Unas de las dificultades más importantes para ello es la dicotomía teoría/

experimento, y las oposiciones: cualitativo/cuantitativo; mundo de lo sensible/

mundo de las ideas, que permean la comprensión de la actividad experimental.


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Presentación

Una ruta que este grupo encontró para romper con dichas polarizaciones, es el

vínculo de la actividad experimental con la construcción de magnitudes, para lo

cual se han construido criterios de actuación para el aula y generado propuestas

de trabajo específicas.

Aquí el lector encontrará estudios contextualizados de las relaciones expli-

cativas y de los criterios de validación que se dieron en diferentes momentos

alrededor de problemáticas particulares de organización de las cualidades, así

como de la construcción de magnitudes y escalas de medición a propósito de

fenomenologías como: acidez/basicidad de las sustancias, estados térmicos,

flotación de los cuerpos, fenómenos electrostáticos e interacción entre sistemas

mecánicos, que se convirtieron en estudios de caso para esta investigación.

En estos estudios de caso, se acudió al análisis intencionado de los escritos

originales, lo que permitió estructurar los tipos de fenómenos abordados y

actualizar las problemáticas tratadas.

A partir de los estudios histórico - críticos, se elaboraron criterios para la

organización experimental en la enseñanza de las ciencias, que se concretan

en el diseño y elaboración de módulos para trabajar con docentes de ciencias

de nivel básico y media vocacional. En estos módulos, se hace énfasis en desa-

rrollar un trabajo de conceptualización que lleve al grupo de docentes a pro-

blematizar, cualificar y caracterizar el papel que desempeña la organización dela experiencia en la enseñanza de las ciencias. El trabajo con los docentes se ha

desarrollado a través de talleres que brindan nuevos elementos y robustecen

los ya desplegados desde los estudios histórico - críticos para la comprensión

de las fenomenologías asociadas a la construcción de algunas magnitudes.

A propósito de lo anterior, en los talleres con los maestros han sido objeto

de reflexión las acciones experimentales que se realizan en las clases de cien-

cias, lo cual permite explicitar las dificultades y las posibilidades que surgen de

la manera como son expuestas y estructuradas, así como de las condiciones

provistas para abordarlas.

Un balance de los avances en este proceso, se puede presentar desde dos

dimensiones. La primera, está ligada a la caracterización de las fenomenolo-

gías y a la forma como ésta permite afirmar la convicción que el despliegue de

una actividad experimental está vinculada a la comprensión de los fenómenos

de los cuales se trate. Se muestra así que es estéril –tanto para el campo de la

ciencia como para el de la enseñanza de las ciencias–, la apuesta por encontrar


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El experimento en el aula. Comprensión de fenomenologías y construcción de magnitudes

formas didactizadas de mostrar las relaciones entre variables o entre factores,

si antes no se han construido los espacios de comprensión de tales relaciones.

En ese orden de ideas, se examinó la relación entre la actividad experimental

y la construcción de medidas y magnitudes, e incluso, de aparatos de medidas

asociadas a estas magnitudes.

La segunda dimensión, se refiere a las reflexiones sobre las intenciones de

la actividad experimental en las clases de ciencias naturales y a las posibilidades

de comprender y de transformar las prácticas en el aula de clase que se derivan

de tales propósitos. En la enseñanza de las ciencias, se ha encontrado que no

se consideran las experiencias que el estudiante trae del mundo cotidiano, el

cual es entendido inicialmente por ellos como el “mundo real”, y termina con-

virtiéndose en un compendio de leyes que se expresan en ecuaciones, peroque no dimensionan el trabajo alrededor de la organización de los fenómenos

que le rodean. La preocupación por la organización y la comprensión de los

fenómenos, demanda no sólo nuevas comprensiones de las disciplinas que se

enseñan sino también nuevas maneras de abordar la actividad experimental

en la clase de ciencias.

Es así como, en un primer momento, la posibilidad de organización de las

cualidades es un terreno fecundo para la comprensión de una fenomenología.

Para tal organización, se pueden seleccionar criterios de organización relacional

y, en este sentido, poner de presente que las cualidades no son en sí mismas,

sino que se relacionan con sus comportamientos. Generalmente, este desarrollo

fenomenológico es puesto en un segundo plano en la educación básica y media,

o incluso ignorado.

Por lo anterior, la posibilidad de involucrar la actividad experimental en la

clase de ciencias tiene que ver con la comprensión de las fenomenologías en

estudio, para la ampliación de la experiencia de los sujetos, para la formalización

de relaciones y para la concreción de supuestos conceptuales. Por ello, desde el

punto de vista pedagógico, la actividad experimental es poco relevante cuandose la reduce a la verificación de relaciones conceptuales construidas en el campo

de la ciencia, especialmente si se examina su contribución a las búsquedas y

posibilidades de comprensión de los estudiantes.

En síntesis, si bien la construcción de magnitudes y de formas de medida

no son el único fin en la clase de ciencias, esta ruta para la comprensión de

fenomenologías ha aportado elementos conceptuales que afianza el interés

del grupo por vincular la comprensión a la ampliación de la experiencia de los


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Presentación

sujetos. Es así como las actividades de carácter experimental, desde nuestro

punto de vista, privilegian especialmente:

• La producción, análisis y organización de efectos sensibles.• La determinación de variables y conformación de relaciones entre éstas

como expresión de la organización lograda de los efectos percibidos.

Aquí es pertinente ampliar el significado del vínculo entre comprensión y

percepción, el cual se constituye en un criterio cognitivo y pedagógico de gran

importancia en nuestra investigación, pues “lo sensible” está cruzado por

construcciones y organizaciones “teóricas” precedentes, o formas lógicas de

organizar, y remite a las comprensiones que se tienen sobre el fenómeno cuando

la percepción es intencionada. La percepción se distancia de la evidencia primera

o se libra del obstáculo de contemplación, dado que es posible establecer unoperar o hacer operar diferentes asociaciones, de ahí que el fenómeno no sea

estático o inmutable (Mach, 1925).

La experiencia sensorial procura una primera aproximación al mundo feno-

ménico, ésta hace aparecer ante nosotros “[…] objetos que son posibles de

describir en términos de formas, colores, tamaños, texturas, o disposición de

sus partes […]” , lo cual «[…] nos sumerge en la posibilidad de la pregunta, la

proyección de la hipótesis y la construcción del problema […]” que permitirá

la elaboración de explicaciones a las dinámicas que acontecen y que hacen se

construya la posibilidad de nuevas comprensiones (Valencia, Méndez, y Jiménez,2006, citado por Sandoval, 2008:57).

Algunos autores afirman que “(1) El conocimiento no se recibe pasivamente,

ni a través de los sentidos, ni por medio de la comunicación, sino que es cons-

truido activamente por el sujeto cognoscente; y (2) La función de la cognición

es adaptativa y sirve a la organización del mundo experiencial del sujeto, no al

descubrimiento de una realidad ontológica objetiva” (Von Glasersfeld , 1996,

citado por Sandoval, 2008:57).

En conclusión, acudir a la percepción no es quedarse en el primer aspectoque algo ofrece, es un proceder interpretativo.

Para abordar los diferentes aspectos de la discusión anterior, este trabajo

se organizó en tres partes. En la primera, se hace una presentación del pano-

rama general construido a lo largo de la investigación en torno a tres aspectos

principales:


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• El problema del experimento en la ciencia y sus implicaciones para la en-señanza de las ciencias.

• El concepto de magnitud y de medida en relación con la actividad expe-

rimental.

• El papel del experimento en la construcción de magnitudes.

En la segunda parte, se presentan tres estudios de caso y se acude a los

análisis históricos - críticos para su análisis: los fenómenos térmicos y la tempe-

ratura, lo ácido y lo básico y el pH, los fenómenos electrostáticos y el potencial

eléctrico. Con esto se ponen de manifiesto las relaciones entre la conformación

de fenomenologías, la construcción de magnitudes y la elaboración de procesos

de medición.

En la tercera y última parte, se presentan dos experiencias de aula: uno,la relación configuración / movimiento y el caso de la energía mecánica con

estudiantes de grado 10, y dos, los fenómenos de flotación y densidad con

estudiantes de grado 8, las cuales son desarrolladas por los profesores Raúl

Eduardo Moreno Peña y César Augusto Torres Cabra. Estas experiencias pre-

sentan rutas para el trabajo en el aula basadas en las discusiones hechas con

el grupo de investigación y muestran elementos interesantes para la discusión

del rol de la actividad experimental en la enseñanza de las ciencias.

Este libro no hubiera sido posible sin la colaboración de los monitores de

investigación Alejandro Uribe Cortes, Maria Alejandra Castillo Rodriguez y Fan-ny Lucia Vargas Mora, estudiantes de Licenciatura de Física de la Universidad

Pedagógica Nacional, en el marco del proyecto de investigación la actividad

experimental en la enseñanza de las ciencias. Y Johanna Marcela Pedraza Gúzman,

estudiante de Licenciatura en Química de la Universidad Pedagógica Nacional,

Yuly Andrea Gualtero Martínez y Martha Andrea Vargas Guerrero estudiantes

Licenciatura de Física de la Universidad Pedagógica Nacional, en el marco del

proyecto de investigación la actividad experimental para la comprensión de

fenómenos en la enseñanza de las ciencias. Ambos proyectos financiados por el

Centro de Investigaciones de la Universidad Pedagógica Nacional.

Especial agradecimiento a la profesora Liliana Tarazona Vargas, quien estu-

vo vinculada al equipo de investigación durante varios años. Igualmente a los

profesores Lina Viviana Melo Niño, Martha Lucia Rodríguez Rodríguez y Yenny

Yohanna Pineda Ballesteros quienes participaron en diferentes fases de estos

proyectos.


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Presentación

Bibliografía

Mach, Ernest (1925). Análisis de las sensaciones. Barcelona: Ediciones Alta Fulla.

Sandoval, Sandra (2008). La comprensión y construcción fenomenológica: una perspec-tiva desde la formación de maestros de ciencias. Tesis de Maestría. Maestría en Educación.

Bogotá: Universidad Pedagógica Nacional..

Segura, Dino (1993). La enseñanza de la física: dificultades y perspectivas. Bogotá:

Fondo Editorial Francisco José de Caldas.

Valencia, Steiner, Méndez, Olga y Jiménez, Gladys (2006). Módulo el terrario. Una

perspectiva fenomenológica para la comprensión de lo vivo. Programa de Especialización

en Docencia de las Ciencias para el Nivel Básico. Departamento de Física. Bogotá: Uni-

versidad Pedagógica Nacional.

Von Glasersfeld, Ernst (1996). Aspectos del constructivismo radical. En: Pakman, Mar-celo (comp.) Construcciones de la experiencia humana, vol I (traducción de José Ángel

Álvarez). Barcelona: Gedisa.


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PRIMERA P ARTE

Elementos para la reflexión sobre la actividad

experimental en la enseñanza de las ciencias


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Construcción de magnitudes y

organización de fenomenologíasUna propuesta para la actividad experimental en

la enseñanza de las ciencias




Grupo Física y Cultura

Universidad Pedagógica Nacional

Introducción

La física, la química y la biología son consideradas ciencias empíricas por el pa-

pel central que desempeña el experimento en su desarrollo; sin embargo, es la

física la que ha sido objeto de un mayor número de tratados sobre la prácticaexperimental realizada en ella y la ciencia que se ha constituido en referencia

de dicha actividad. A pesar del calificativo común, la actividad experimental en

ellas presenta rasgos distintivos que ameritan ser analizados a través de estudios

de caso; algunos de los cuales se ven cuando se examina la dinámica histórica

de la actividad experimental en cada una de estas disciplinas.

La física deviene en la disciplina que hoy reconocemos en la primera mitad

del siglo XIX, como producto de la fusión de dos grandes tradiciones: de una

parte, la mecánica que aporta la relevancia de las matemáticas en los procesos de

formalización de los fenómenos físicos y, de otra, las, así denominadas por Kuhn,

ciencias baconianas (Kuhn, 1988), que involucra los estudios sobre la electricidad,

el magnetismo y el calor realizados principalmente en el siglo precedente y que

imprime el otro rasgo característico de esta disciplina: el experimental. (Véase

al respecto Harmann, 1982).

La mecánica, que hunde sus raíces en la filosofía natural, logró un desarrollo

importante en el siglo XVIII con pensadores como Bernoulli, Euler, D’Alambert,


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Construcción de magnitudes y organización de fenomenologías. Una propuesta ...

Lagrange y Laplace, y se convirtió en el fundamento y el referente de la física

del XIX aún para aquellos espacios fenoménicos que se conformaron en el siglo

anterior de manera independiente a las concepciones, principios y desarrollos

de este campo de estudio.

Por su parte, la actividad experimental en las ciencias baconianas, caracte-

rizada por centrarse en la producción de efectos, así como en el instrumental

material y procedimental requerido para ello, adquiere su máximo desarrollo

en este siglo, gracias a la actividad desplegada por Faraday, Hertz, Helmholtz,

entre otros.

La importancia que adquiere la práctica experimental aumenta dada la po-

sibilidad de medir con exactitud, cuando el término exactitud es sinónimo de

precisión numérica. Tal tendencia se incrementó en el contexto de la industria-

lización, cuando el requisito de precisión numérica fue reforzado y justificado

racional y teóricamente con la elaboración de una teoría de errores relacionada

con la teoría de probabilidades, al asimilar el concepto de probabilidad al de

“frecuencia”, y al darle el significado “subjetivo” de derivar conocimiento de

un conjunto de datos incompletos (Paty, 1999).

Desde finales del XIX, con la emergencia y la consolidación de la perspecti-

va positivista, se hizo un giro hacia los puntos de vista hipotético - deductivos

de la ciencia, haciendo énfasis en el ámbito experimental en el contexto dejustificación, lo que llevó a que las preguntas por la lógica del descubrimiento

fueran desplazadas por otras acordes a la lógica de la justificación. (Koponen y

Mäntylä, 2006), (Mari, 2003)1 Luego, desde las primeras décadas del siglo XX, con

el desarrollo del campo de las partículas elementales y la posterior construcción

de los grandes aceleradores, se llevó a cabo un cambio radical en la práctica

1 En el siglo XX, derivado del empirismo y del positivismo, se da un cambio radical al concepto de

medida. (Mari, 2003) Estas consideraciones metafísicas, según las cuales se acepta que los númerosestán en las cosas, pierden su fundamento; se adoptan otras bases para el análisis de las cosas: todavalidez radica en la sensación, observación y, en últimas, la medida; con nuevos fundamentos. Conbase en estos postulados, “los fenómenos no contienen nada numérico únicamente nuestra sensa-ción, se pueden producir conceptos numéricos estableciendo un proceso para medirlos, luego los nú-meros son asignados a la naturaleza por nosotros mismos”. En ese sentido, la medida es un protocolode la verdad, el medio privilegiado para establecer el criterio último para decidir la verdad o la false-dad de las armaciones. Si es un problema convencional, entonces, ¿qué es la verdad? Se habla de unverdadero valor; de alguna manera se pasa de un criterio de vericación a un criterio de aceptacióncomo un medio para soportar si la medida es o no aceptada. Luego no hay nada que fundamente lamedida y la verdad, no hay nada externo como referencia para la medida, luego se busca un referenteinterno de tipo formal y se fundamenta el pensamiento sobre la medida y se retoman axiomas sobrela aritmética por ejemplo para esto.


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experimental en física, caracterizándose por el trabajo colectivo, la división del

trabajo y la especialización en técnicas y procedimientos.

Por su parte, la química, comienza a desarrollar su aspecto moderno enel siglo XVII, en los días de Boyle, y al terminar el siglo XVIII es expresión de

los desarrollos y del carácter que adquiere la actividad científica en este siglo.

Después de ser publicado el Tratado elemental de química, de Lavoisier, con el

que inició a la ruta hacia la matematización y a la experimentación cuantitativa

en este campo, “[…] era ya una ciencia madura, bien formada, con paradig-

mas propios y con una fuerte capacidad de predicción.” (Villaveces, 2002: 10).

En el siglo XIX, los químicos no sólo demostraron la naturaleza atómica de la

materia, sino también el carácter eléctrico del enlace químico y la necesidad

de que los átomos tuvieran una estructura interna; esto último, a partir delnexo establecido entre los fenómenos químicos y los eléctricos. En el lapso de

un siglo, los químicos pusieron un orden en el mundo material, mostraron las

relaciones entre miles de sustancias conocidas y produjeron sustancias nuevas

en un proceso intencional de búsqueda de propiedades (los colorantes y los

cauchos naturales, por ejemplo, comenzaron a ser reemplazados por sustancias

con las mismas propiedades en mayor grado, y se desarrolla la investigación

en la industria farmacéutica), creando un mundo donde las sustancias que

conforman el entorno del hombre de finales del siglo, no existían cien años

antes. (Villaveces, 2002: 11). De esta manera, se instaura una nueva forma delquehacer experimental en la química.

En relación con este proceder en la actividad experimental en las ciencias,

se puede decir, con Bachelard, que en la ciencia contemporánea se da un doble

movimiento: el empirismo necesita ser comprendido y el racionalismo necesita

ser aplicado- Los fenómenos de la ciencia contemporánea son el resultado

de este doble movimiento en el cual se ha producido una organización de la

experiencia sensible que a su vez se ha convertido en un fenómeno ordenado.

No se puede comprender la temperatura y su medida mediante instrumentos

como el termómetro por su vínculo con la experiencia inmediata de lo sensible,

pero tampoco es posible hacerlo sin la percepción de lo frío y lo caliente. Sin

la organización de los fenómenos térmicos, jamás se sabría si lo que mide el

termómetro está relacionado o no con lo que consideramos en lo cotidiano

como frío y caliente. Igualmente, la ciencia química se instala como moderna

y contemporánea al convertirse en expresión de este doble movimiento: las

transformaciones de las sustancias es el conjunto de manifestaciones que nos


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permiten caracterizar una reacción química, una síntesis química o un análisis

químico; su estudio implica una actividad experiencial informada que produce

un distanciamiento de la experiencia inmediata.

Según Villaveces (2002:10) si bien la química ha sido una disciplina muy

fuertemente desarrollada en sus aspectos prácticos y fuertemente enraizada

en el mundo contemporáneo, sus bases teóricas son endebles y su relación con

el conjunto de la ciencia naturales problemática. Sobre ella pesa, dice el autor,

una postura fisicalista ampliamente compartida por filósofos y científicos, se-

gún la cual, una vez trascendido el instrumentalismo de la química y al llegar al

meollo de sus cuestiones, se encuentra a la física; postura que, posiblemente

hunde sus raíces en el desarrollo que logró la físico-química (la termoquímica y

la electroquímica) en el siglo XIX, la cual comienza a ser considerada como unode los componentes principales de la química teórica. Esta posición se reforzó

con el surgimiento y el desarrollo de la química cuántica. Tal postura puede ha-

ber limitado el desarrollo teórico de la química, así como la reflexión filosófica

y epistemológica sobre la misma, lo cual puede a su vez explicar la escasez de

trabajos en torno a la caracterización de la actividad experimental en química.

No obstante, esta afirmación resulta controvertida si se trata de afirmar

que los progresos de la química son el resultado de utilizar teorías de la física

para explicar fenómenos de transformación de las sustancias. Al contrario, se

puede asumir que la química se ha encargado de sistematizar los factores y

condiciones que afectan los procesos que se dan en estas transformaciones y

así se ha creado un corpus teórico - experimental que explica, produce y predice

los eventos químicos, incluso allegando formas mecanicistas o energetistas, si

fuese necesario.

La actividad experimental para la química de los siglos XIX y XX, se constituye

en un orden que se impone a la naturaleza para producir nuevas ordenaciones

y crear fenomenologías. En la indagación por el comportamiento de las sus-

tancias, la creación de hechos experimentales aparece como la posibilidad dehacer el ejercicio de interrogar al fenómeno proponiéndole condiciones que

le son impuestas, para que se muestre en relación con las nuevas exigencias.

Por ello ya no es ni suficiente ni necesario acudir a las regiones de la física

para validar las comprensiones que se han logrado en este campo, o forzar a

que correspondan con las estructuras de las teorías físicas, pues en la pluralidad

de realidades producidas han mostrado una actividad creadora y fructífera.


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Por último, en lo que se refiere a las ciencias biológicas Santesmases, plan-

tea cómo, en sus inicios, éstas tuvieron, primero en la observación sistemática

y luego en la observación extendida por el microscopio, el modo principal de

conocimiento sobre el mundo de los seres vivos:

La morfología, la forma de los seres vivos en los distintos estados de su de-

sarrollo, proporcionó un conjunto de información sobre ese mundo natural

que resultaría nalmente complementaria con la experimentación con seres

vivos… para terminar por ofrecer un cuerpo de conocimiento coherente en el

que la forma y la función podrían explicarse entre sí (Santesmases, 2002: 273).

En el siglo XVII, la biología experimental manejó el microscopio usado por

Robert Hooke. Dos siglos después, Volta aplicó la corriente eléctrica de para

excitar músculos y nervios, y diseñó instrumentos para medir los fenómenos,su intensidad, su duración, su calor, su forma. Ya a mediados del siglo XX, las

‘ciencias de la vida’ aprovecharon los instrumentos que la física de altas energías

había generado:

Aparatos de difracción de rayos X fotograaron la estructura de las macro -

moléculas biológicas y combinados con ordenadores cada vez más potentes

y rápidos, desvelaron (sic) la estructura -la forma- de las macromoléculas

biológicas (proteínas, ácidos nucléicos, hidratos de carbono); los isótopos

radiactivos de algunos elementos obtenidos por sión se introdujeron por

síntesis química en moléculas de gran tamaño y con los contadores de cen-

telleo complejas reacciones bioquímicas pudieron seguirse en el tubo de

ensayo comprobándose las transformaciones que aquella molécula provista

de marcaje isotópico sufría a lo largo de la experimentación (Santesmases,

2002: 271).

La biología experimental debe, a la filosofía natural primero y a la física

después, los dispositivos y los métodos que hicieron de ella una ciencia expe-

rimental. Habría que recalcar que sin la actividad de observación detallada e

informada, sin una observación intencionada, no se habría producido el ejercicio

de distinción, discriminación y delimitación de nuevos objetos de estudio de las

ciencias biológicas.

Hasta aquí hemos destacado algunos aspectos de la actividad experimental

en el devenir de las ciencias de la naturaleza. Pero, es claro que aquello que

ocurre en el desarrollo histórico de las ciencias, no necesariamente acontece

a nivel de las prácticas pedagógicas, en particular en lo referente a la actividad

experimental. Se podría decir, por ejemplo, que en la enseñanza de la física, a


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pesar del reconocimiento que acostumbra hacer a la práctica experimental, ésta

suele ser omitida, posiblemente por el carácter realista que se le atribuye a las

teorías físicas; considerándose así que las cosas ocurren tal como se enuncianen ellas; concepción que centra los esfuerzos en la enseñanza de conceptos y

teorías.

En contraste con la física, en la enseñanza de la química y de la biología,

la actividad experimental desempeña un papel importante y se constituye en

una vía efectiva para la enseñanza de estas ciencias, que permite vincular los

planteamientos teóricos y la práctica. Sin embargo, vale la pena preguntarse

por la orientación que se da y que puede darse a la actividad experimental en

el aula en la enseñanza de estas disciplinas.

Si bien los elementos histórico-filosóficos sobre la actividad experimental

mostrados y disponibles son interesantes, éstos resultan insuficientes a la hora

de enfrentar la enseñanza de las ciencias. Una actividad pedagógica orientada

a proveer condiciones para la organización y ampliación de la experiencia, así

como para la comprensión de fenómenos, exige superar las caracterizaciones

generales de la experimentación; y exige, además de emprender estudios de

caso a través de análisis histórico - críticos con fines pedagógicos, definir pers-

pectivas fructíferas para este propósito. A continuación se sustenta la necesidad

y la posibilidad de desarrollar nuevas perspectivas de análisis de la prácticaexperimental, cuando anima una intención pedagógica.

La relación teoría-experimento mediante estudios

históricos

A la física se le suelen asignar dos rasgos característicos, considerados a su vez

como rasgos del modelo de cientificidad (Paty,1999:1) es una ciencia experimen-

tal, y 2) mantiene una íntima relación con las matemáticas. Tradicionalmente, se

entiende que estos rasgos corresponden, en principio, a dos aspectos no sólodiferentes sino opuestos. Mientras que con el segundo rasgo se alude al carác-

ter matemático de los planteamientos teóricos y que expresa, para muchos,

el alto grado de coherencia y precisión alcanzado en la elaboración teórica,

con el primero se busca hacer énfasis en el acuerdo o concordancia entre los

planteamientos teóricos y la forma cómo funciona el mundo físico, o, en otros

términos, en la validez empírica de dicho conocimiento.


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El papel que se asigna al experimento oscila entre dos posiciones extremas

(Khun, 1988): desde la perspectiva hipotético - deductiva, el experimento es un

medio para validar el conocimiento que se tiene de los fenómenos físicos; y,desde la perspectiva inductivista, es la base para la elaboración del conocimiento

sobre los mismos. En ambas posturas se toma como sustento una separación

entre teoría y práctica, o en otras palabras, una separación entre el mundo de

las ideas y el mundo sensible, y se considera que, a través del experimento, de

alguna manera se establece un nexo entre estos dos mundos. En un caso, el

experimento es entendido como el juez de la teoría en la medida que, a través

suyo, se refutan o verifican sus predicciones. Desde esta perspectiva, la teoría

es condición de posibilidad del experimento puesto que mediante ésta se define

en qué consiste éste, qué efectos producir, qué se debe observar y qué se debemedir. En el otro caso, se considera que es posible descubrir cómo funciona el

mundo mediante la observación directa de los hechos físicos y su organización:

estableciendo sus regularidades, se da origen a las leyes y con la estructuración

de éstas a las teorías (Malagón, 2002). En este sentido, la teoría es resultado del

experimento. La relación teoría - experimento es el eje de discusión de estos

planteamientos sobre el papel que desempeña el experimento en la actividad

científica. Pero es importante tener en cuenta que esta relación es variable

y compleja. No existe una única manera de concebir su concreción, pues tal

relación es contextual, no es universal ni ahistórica.

En la diversidad de trabajos de corte histórico que circulan en la actualidad

sobre el papel del experimento en la actividad científica y los rasgos que éste

adquiere, es posible vislumbrar la variabilidad y la complejidad de la relación

teoría - experimento, lo que permite concluir que la caracterización del ex-

perimento, en su relación con la teoría, no puede reducirse a su tipificación

dicotómica de fuente o de medio de validación de la teoría. Para ilustrar esta

afirmación, presentaremos a continuación apartes de cuatro estudios sobre la

práctica experimental en la física en los siglos XVIII y XIX.

Empezamos con algunos aspectos de la síntesis histórica que elaboran

Koponen y Mäntylä (2006) sobre el papel del experimento en la física. Estos

autores comienzan señalando los límites del experimento en la validación de

los enunciados teóricos en el “método de Newton”, ideal de las ciencias físicas

durante el siglo XVIII. Teniendo en cuenta que en éste, la descripción matemá-

tica de las regularidades, que se puede encontrar en los hechos a través de la


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observación cuantitativa y del experimento, está separada de la invención de

explicaciones físicas, las descripciones matemáticas son las que se pueden com-

probar empíricamente. Los resultados experimentales son usados, en esta pers-pectiva, para deducir leyes a través de generalizaciones inductivas que abarcan

las regularidades y las características generales encontradas en la naturaleza.

En contraste con el uso newtoniano del experimento, Koponen y Mäntylä

destacan el enfoque fenomenológico característico de la actividad experimen-

tal desarrollada por Faraday, Helmholtz y Hertz en el siglo XIX. Los resultados

experimentales no se utilizaban como base para la formulación de hipótesis,

sino que eran tomados como representación de las regularidades encontradas

en los fenómenos. Así, el descubrimiento de nuevos fenómenos, su examen

y las conexiones existentes entre diferentes fenómenos, se convirtieron enuna forma de la física experimental hasta mediados del siglo XIX. El trabajo

de Faraday estaba, básicamente, libre de matemáticas. Para estos autores, un

aspecto característico del estilo de Faraday, era el uso exploratorio e imagina-

tivo de las prácticas experimentales, mediante el cual se daba la posibilidad de

variar y de transformar los diseños y las situaciones experimentales en función

de las preguntas y presupuestos que orientaban la actividad experimental,

desarrollándose una forma de razonar que se podría considerar como propia

de esta forma de experimentar.

El punto de vista empirista y fenomenológico de Helmholtz, para Koponen

y Mäntylä, se refleja en su estilo experimental, que era a la vez exploratorio,

por un lado, y constreñido por la teoría, por el otro. En la investigación de Hel-

mholtz, nuevos dispositivos son constantemente imaginados y diseñados para

responder a nuevos problemas con el ánimo de resolverlos. Para estos autores,

una mezcla similar de fenomenología y de un estilo exploratorio se ve en el tra-

bajo experimental de Hertz. A diferencia de Faraday, afirman ellos, Hertz usa la

teoría para analizar la operación de dispositivos y mejorar su funcionamiento,

pensaba que una teoría abarca el contenido fenomenológico y factual de las

leyes teóricas sin referirse a las causas de los fenómenos.

Es especialmente relevante para el debate sobre la relación teoría - expe-

rimento, tener en cuenta ahora la clasificación que hace Kuhn (1988) de las

ciencias en el siglo XVIII, en ciencias clásicas y ciencias baconianas, en la medida

que emergen nuevos rasgos de la relación entre la actividad teórica y la activi-

dad experimental. En especial pone de presente que si bien toda organización

conceptual siempre tiene arraigo en alguna organización de la experiencia que


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puede ser cotidiana o creada en situaciones particulares de experimento, la ac-

tividad experimental, orientada a ampliar la experiencia sensible, se diferencia

sustancialmente de aquella dirigida a contrastar hipótesis, donde los resultados

experimentales se pueden prever a partir de una elaboración teórica propia-

mente dicha o de las predicciones que se derivan de la organización lograda

de la experiencia cotidiana.

Refiriéndose a la actividad científica en el siglo XVIII, Kuhn (1988) ubica la

química y el estudio sobre el calor, la electricidad y el magnetismo en lo que

denomina las ciencias baconianas, caracterizadas por el destacado papel que

desempeñó la actividad experimental en ellas y por la forma que adquirió. En

contraste con los experimentos realizados durante el siglo XVII, destaca Kuhn,

que para su realización no requerían del uso de instrumentos especiales y queen su mayoría podría decirse eran experimentos pensados en cuanto sus resul-

tados podían preverse con seguridad a partir de la experiencia cotidiana, los

experimentos efectuados por los baconianos, rara vez, fueron llevados a cabo

con el objetivo de verificar hipótesis, más bien los hacían para obtener conoci-

miento a partir de la observación, para saber cómo se comporta la naturaleza

en condiciones que difícilmente se darían en ella de manera espontánea, en las

que no se encontraría sino se actuara sobre ella, y se empieza así una nueva

práctica experimental. En estas circunstancias, tenía más valor el experimento

que la teoría. Como consecuencia de lo anterior, señala también Kuhn y comootra característica del movimiento baconiano, se tiene el arsenal instrumental

generado para la realización de la nueva práctica en el siglo XVIII: telescopios,

microscopios, termómetros, barómetros, bombas de aire, generadores y de-

tectores de carga eléctrica, pilas eléctricas y calorímetros, entre otros.

Guijarro Mora (2001) contribuye también a nuestro análisis de la relación

teoría-experimento. Refiriéndose al siglo XVIII, hace una presentación sobre la

actividad experimental con el propósito de caracterizar el trabajo experimental

de Petrus Van Musschenbroek y el contexto en que se realiza; presentación que

no obstante tiene una serie de coincidencias tanto con los planteamientos de

Kuhn, como con los de Koponen y Mäntylä, permite ver otros matices de la

actividad experimental en el mismo siglo, así como la riqueza que aportan los

estudios de caso.

Para Guijarro Mora (2001), la física experimental representó, durante ese

siglo, una opción dentro de las ciencias físicas en dos sentidos principalmente.

De una parte, como vía de indagación de los procesos microfísicos (térmicos,


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eléctricos, magnéticos, etc.) desde un enfoque fenomenológico;2 de otra, como

principio demostrativo de la viabilidad de los presupuestos teóricos aplicados

en los estudios naturales donde se desarrollaron los trabajos asociados confenómenos cuya explicación no se ajustaba a modelos basados exclusivamen-

te en las leyes mecánicas generales: vgr . la naturaleza de la fuerza, categoría

explicativa introducida por la filosofía natural newtoniana, es expuesta a través

de sus efectos visibles para dar cuenta de fenómenos relativos a la electricidad

y al magnetismo.

Guijarro (2001) considera que durante el Siglo de las Luces se desarrollaron

tres orientaciones que convivieron durante este período, relacionadas con las

‘matemáticas mixtas’ y con la filosofía natural. Estas aprovecharon las ventajas

del experimento, y por ello, en la historiografía se ha asociado con la disciplina

conocida como Física experimental:

1. La mecánica práctica, incorporada en la física general, cuyo propósito eracomprobar, partiendo de principios matemáticos, la aplicación de éstos asituaciones reales. Los desarrollos logrados en torno al análisis del roza-miento en este siglo (s. XVIII) ilustra esta perspectiva.

2. La física experimental matemática, desarrollada a lo largo de todo el sigloXVIII, empleó los experimentos en el sentido que lo hizo Newton en la Ópti-ca, es decir, para determinar propiedades generales que después pudieranser matematizadas.

3. La física experimental en sentido estricto.

2 En Petrus Van Musschenbroek y la física experimental del siglo XVII”. Asclepio, vol. LIII-2 pp. 191 a212. Universidad Rey Juan Carlos, V.Guijarro Mora, (2001) arma: “Dentro de esta opción se impulsa-ron especialmente los estudios de física particular, orientada al análisis de las propiedades no comunesa todos los cuerpos, que hacen referencia al calor, al sonido, a la transparencia, a la solidez, a la electrici-dad, al magnetismo, etc. Se consideraba que era posible distinguir las propiedades generales (o comu-nes a todos los cuerpos que afectan a la materia ordinaria) dos clases: las propiedades de primera clase

comprenden, la extensión, la impenetrabilidad, la fuerza de inercia, la movilidad, la ‘reposabilidad’ y la ‘- gurabilidad’, y las de segunda clase, la gravedad y la fuerza de atracción. La física experimental se ocupade los cuerpos en general. La física particular, por su parte, está basada en las propiedades no comunesa todos los cuerpos. En este caso, nos encontramos con una larga lista en la que aparecen referencias alcalor, el sonido, la transparencia, la solidez, etc. Aquí, se incluyen los siguientes estudios: Electricidad, Agua, Fuego, Aire, Luz, Meteorología (fenómenos atmosféricos), Historia natural (cuerpos terrestres).La división entre la parte general y la particular de la física experimental no expresa una distancia infran-queable: una parte importante de las áreas contempladas en la física particular se encuentran conecta-das con la general (por ejemplo, el estudio de las propiedades del agua o del aire derivadas de su peso). Además, al considerar la virtud atractiva como una propiedad general, cuyo estudio podía acometerseconsiderando sus efectos y sus leyes, algunos campos (electricidad y magnetismo) relegados a estudiosdescriptivos propios de las historias naturales podrían consolidarse como disciplinas características de lafísica general”.


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Para Guijarro (2001), los planteamientos de la física experimental en sentido

estricto, no se inspiraron en el legado newtoniano, en los Principios matemáticos

ni en el de la Óptica, sino que se remiten a la herencia de personajes como Boyle,

Hooke, Mariotte, Ricciolli, Grimaldi y Rohault. Las matematicas no tuvieron cabi-

da en esta corriente de la fisica experimental. Sus prácticas se diferenciaron, por

tanto, de aquellas de los físicos matemáticos experimentales, como, Aepinus,

Cavendish y Coulomb, quienes sí podrían reclamar con justicia ser herederos del

filósofo natural inglés. En estos últimos personajes se encuentran rasgos distinti-

vos de la metodología e ideales que Newton puso en práctica en la Óptica, donde

la finalidad, no era tanto la combinación de especulación y experimento como

la de buscar propiedades que admitiesen la matematización. (Guijarro, 2001)3

Éstas no eran las ideas que los físicos experimentales en sentido estrictotenían en mente a la hora de emprender sus labores características. Para ellos,

el experimento no estaba destinado a distinguir alguna propiedad general, como

hace Coulomb (Coulomb, 1785) en el caso de la electricidad o del magnetismo

con las fuerzas eléctricas y magnéticas, y que la balanza de torsión (como el

prisma, en el caso de Newton) hace visible ( Uribe, 2008)4. Sus propósitos tenían

otras finalidades, que pueden sintetizarse en: detectar el efecto de propieda-

des, visualizar los fenómenos inaccesibles, y exhibir rasgos y peculiaridades de

los fenómenos (Guijarro, 2001). En definitiva “la física experimental en sentido

estricto constituyó una manera específica de abordar los problemas físicos cuyoestilo se desarrolla en los tratados de Desaguliers y Hauksbee, se sistematiza

en los manuales de Musschenbroek y culmina con Volta”.(Guijarro, 2001:212),

Los procedimientos consolidados en la física experimental en sentido

estricto condujeron a importantes descubrimientos y significaron un impulso

extraordinario del método experimental, materializado en el desarrollo y en

3 Como bien lo señala Guijarro, el experimento aquí aparece vinculado a presupuestos matemáticosy mecánicos que permiten, conectar, como lo hizo Newton, aspectos cualitativos como puede ser la

producción de los colores cuantitativos como lo son los índices de refracción de los distintos tipos decorpúsculos que componen la luz, mostrando experimentalmente que esta conexión es constante.De esta forma se inicia la matematización de una propiedad física como es el color.

4 “La balanza de torsión le sirve a Coulomb para medir las pequeñas fuerzas involucradas en lasatracciones y repulsiones eléctricas y magnéticas, y realizar con ella los experimentos enfocados amostrar la ley que describe la fuerza que actúa entre dos cuerpos cargados con algún tipo de electri-cidad y para cuerpos que presenten propiedades magnéticas. Con su trabajo Coulomb logra dar unviraje al estudio de la electricidad y magnetismo llevándolo del plano cualitativo dado por la obser-vación a un plano cuantitativo con el que se matematizan las cualidades observadas estableciendode esta manera una nueva ruta para su análisis, al congurar la fuerza eléctrica y magnética, a travésde la caracterización por él lograda de ellas con sus experimentos, en la base de explicación de estos

fenómenos” (Uribe, 2008:19).


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la atención a las condiciones prácticas de aplicabilidad de los presupuestos

teóricos. Pero, se enfatiza en que “el desmesurado énfasis en la información

sensorial tanto para la confección de analogías y modelos explicativos como

para la aceptación de hipótesis alternativas, limitó la consistencia, el alcance y

la solidez de las teorías sugeridas en este ámbito” (Guijarro, 2001: 212) , de modo

que la tendencia, a finales del siglo XIX dentro de los estudios experimenta-

les, se basó en la admisión de la separación entre modelos conceptuales y el

mundo real, considerándose que el punto de partida de la actividad teórica no

debía necesariamente estar condicionado por la experiencia, sino únicamente

sus consecuencias. Al respecto, el siguiente fragmento tomado del capítulo

introductorio del los Principios de la mecánica de Henrich Hertz, es ilustrativo:

Nosotros nos formamos nuestras propias imágenes o símbolos de los objetosexternos; y la forma que damos a ellos debe ser tal que las consecuencias ne-

cesarias de las imágenes en el pensamiento sean siempre las imágenes de las

consecuencias necesarias en la naturaleza de las cosas guradas. […] Debe

haber una cierta conformidad entre la naturaleza y nuestro pensamiento. Las

imágenes de las que aquí hablamos son nuestras concepciones de las cosas,

con las cosas mismas, ellas están en conformidad en un importante aspecto,

nominalmente, en satisfacer el requerimiento arriba mencionado […] [el

destacado es nuestro].

En síntesis, si se examina la dinámica del conocimiento, se puede afirmarque no es posible establecer una separación tajante entre la actividad teórica y

la actividad experimental, estas actividades mantienen una relación dinámica y

compleja. Aún la observación o registro de datos, que podrían señalarse como

actividades puramente experimentales van ligadas a referentes conceptuales

(Malagón, 2002), que permiten decidir cómo organizar y disponer los aparatos y

montajes experimentales, y determinar qué se quiere observar y medir y cómo

hacerlo. De otra parte, toda organización conceptual siempre tiene arraigo en

alguna organización experiencial que puede ser producto de nuestra experiencia

cotidiana o creada en situaciones particulares de experimento.

La complejidad de la actividad experimental es aún más evidente cuando se

tienen en cuenta perspectivas culturales, como la manifiesta en el planteamiento

de Steven Shapin (1985), que tiene un gran valor pedagógico al destacar que

la relación teoría - experimento requiere ser construida socialmente. Shapin

(Shapin,1985) hace caer en cuenta que los llamados ‘hechos científicos’, base

de aquello que llamamos “realidad”, tienen una historia de constitución: en


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algún momento sólo fueron enunciados, la mayoría de las veces polémicos,

pues no existía consenso de que se refirieran al mundo externo . Los hechos

científicos son ante todo hechos sociales, por tanto su establecimiento no es

espontáneo, para ello se requiere desplegar una tecnología de socializaciónque,

según el autor, involucra tres aspectos estrechamente relacionados. Una tec-

nología material, vinculada al diseño y montaje experimental, cuyo objetivo es

la producción de los hechos. Una tecnología literaria, vinculada a la perspectiva

conceptual que orienta el experimento cuyo objetivo es favorecer la repro-

ducción de los hechos producidos y facilitar la creación de una comunidad de

testigos virtuales que certifiquen y validen las experiencias realizadas, a pesar

de no estar directamente presentes en su producción; o en otras palabras, una

tecnología tendiente a enseñar a organizar los datos sensibles para ver lo que

se debe ver. Por último, una tecnología social vinculada a los criterios de validez

de la actividad cognitiva,5 para hacer del modo particular de experimentación

5 Si bien Shapin ilustra su postura con el caso de Boyle y la bomba de vacío, el trabajo de Coulombtambién permite una muy buena ilustración de la misma. El trabajo realizado por Coulomb sobretorsión ha sido su trabajo más signicativo; quizás, según Peter Heering, por el contexto históricoespecíco en el cual presentó su memoria en la Academia de Ciencias de París en septiembre 4 de

1784,

“Dicha sesión fue completamente diferente a las otras, fue en una de las dos sesiones pú-blicas que se mantenían al año y fue documentada en parte en la historia de la Academia real deciencias, lo que resulta ser muy inusual. Uno de sus aspectos peculiares fue la presencia del Príncipede Prusia que estaba en París negociando una alianza militar en contra de Austria. Condorcet (1743-1794), secretario de la Academia, abrió la sesión dirigiendo unas palabras que entre otras cosasrevelaban la opinión que sobre la ciencia se promovía en ese momento histórico por la Academiade Ciencias y dejaban ver el papel que jugaban trabajos como el de Coulomb. Este fue el contextohistórico especíco en el que Coulomb presentó su memoria de torsión. Sin duda alguna, armaHeering, el clamor de Condorcet encontró un soporte posterior en este trabajo y en los otros artí-culos que fueron presentados en la misma sesión de la Academia. El artículo de Coulomb fue prece-dido por uno de Lavoisier sobre la combustión del alcohol que se podía ver como una demostraciónde la riqueza metodología de la nueva química cuantitativa, fue seguido por otro de René Tenon(1724-1816) sobre cuestiones médicas y por A. M de Rochon (1741817) sobre medidas de precisiónde los tiempos de los solsticios de verano e invierno. Pero el evento nal en esta sesión fue quizás elmás memorable porque Jean-Sylvian Balley presentó el reporte más famoso y altamente discutidopor una comisión de la Academia sobre el mesmerismo. La comisión de la Academia concluyó queno había base cientíca para el mesmerismo, por lo cual el informe de Balley ha sido visto como unintento de desacreditar a teorías cientícas como el mesmerismo, que la Academia considerabapolíticamente peligrosas. Para Heering toda la sesión fue un rechazo a las teorías políticamentepeligrosas y una armación de la riqueza del nuevo estilo de experimentación cientíca que seestaba conformando.” (el destacado es nuestro)

Consideraba que, en la medida que la ciencia se profesionalizara, los cientícos llegarían a ser laúltima instancia para validar los resultados de la investigación cientíca y en enunciar las verdaderasleyes de la naturaleza. Coulomb y su experimento de torsión puede ser visto como un modelo al de-mostrar el método seguro para buscar la verdad, una verdad que estabilizaría el Estado. (Tomado deUribe, 2008: 20 a 21).


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una forma aceptada de validar el conocimiento vinculado a ésta, dotándolo de

objetividad.

Si bien trabajos como los anteriores muestran diferentes facetas del queha-cer experimental, es de esperar que con la indagación por formas específicas,

como se concreta la relación teoría-experimento en casos particulares, no

sólo nos permita enriquecer nuestra imagen de la actividad experimental sino

también nos posibilite destacar un sinnúmero de aspectos de las prácticas ex-

perimentales que resulten relevantes en la actividad pedagógica.

Al respecto, es importante tener en cuenta que, a pesar de haber diferencias

entre los procesos cognitivos involucrados en la actividad científica como tal y

los relativos a la enseñanza y aprendizaje de las ciencias, dado que responden

a contextos e intencionalidades diferentes y, en particular, que la segunda ac-

tividad se realiza teniendo como referencia la primera así como sus productos,

estableciendo un gradiente del conocimiento en el aula de clase. Que a pesar

de este reconocimiento, la manera como es comprendida la actividad experi-

mental en la dinámica científica define, en gran medida, el papel que se le puede

asignar a las prácticas experimentales en los procesos cognitivos desplegados

en el aula. Es pertinente, entonces, preguntarse por el tipo de análisis de la

actividad experimental que nos pueda aportar elementos para la enseñanza

de las ciencias, y, por los aspectos de la actividad experimental que pueden

resultar de importancia para este propósito.

Magnitudes, medición y fenomenologías

El experimento y la medición

La medición es el aspecto más destacado cuando se trata de caracterizar la

actividad experimental, particularmente en la física, identificándose la medición

con la acción o proceso por el cual se asignan números a atributos de entidades

del mundo físico mediante la aplicación de un instrumento adecuado para medir

la propiedad en cuestión del cuerpo o sistema considerado.6 Sin embargo,

6 Es importante notar que la estrecha relación medición - matematización, así como conceptualiza-ción - matemáticas que se reconoce en la física, no se da de la misma forma en otras disciplinas comola química o la biología. No obstante este reconocimiento, al pasar al ámbito de la enseñanza de lasciencias, se insiste en una relación directa entre la medición y la asignación de cantidades. Por ello,el análisis de los procesos de constitución de las diversas magnitudes trabajadas en las ciencias y susformas de medida puede aportar elementos importantes para la actividad pedagógica de las ciencias.


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asumir la medición como una práctica compleja que involucra, entre otras cosas,

no solo preparar aquello que es objeto de medición sino también la forma de

medirla y los dispositivos con los que se hace esta operación, puede significar

un cambio sustantivo en la forma de entender la actividad experimental,

además de transformar este proceso en un interesante objeto de estudio en el

momento de analizar las prácticas experimentales (De Andrade, 2007); ( Romero

y Rodríguez, 2006); (Mäntylä y Koponen, 2007).

Como plantea, en particular De Andrade (2007) usualmente los aparatos de

medida, mediante los cuales se realizan estos procesos de asignación numérica

y de vínculo entre los planteamientos teóricos y los efectos sensibles, son enten-

didos como cajas negras que producen lecturas cuando son aplicados a sistemas

físicos. Tal comprensión de los dispositivos de medida, hace que carezcan desentido preguntas como: ¿El instrumento de medida funciona adecuadamente?

¿Mide lo que debe medir? Pues es claro que si una magnitud física está definida

por su método de medida –definida operacionalmente–, es imposible saber si

está bien medida o no y por ende criticarlo o mejorarlo. Esta forma de entender

la medición, señalan De Andrade (2007) y Romero y Rodríguez (2006), ocasiona,

en el ámbito pedagógico, graves inconvenientes que impiden una adecuada

comprensión del proceso de organización de la experiencia sensible y de la cons-

trucción conceptual, característica de la actividad científica. Se asume una clara

separación entre la teoría y el experimento al considerar que ésta se reduce alcotejo de los resultados obtenidos y a los esperados vía el análisis estadístico y

la teoría de errores. No es de extrañar que el complejo problema de la medición

se convierta únicamente en un asunto de la precisión de los instrumentos y de

las técnicas de medida y de procesamiento de datos.

¿Hasta qué punto los instrumentos de medida son externos e independientes

de las organizaciones conceptuales?

Los instrumentos de medida (De Andrade, 2007), no son dispositivos ciegos

ni es necesario tener fe ciega en ellos, es posible analizarlos y probarlos. Her-mann von Helmholtz (1887), primero, y Norman Campbell (1920) después, dice

De Andrade sentaron las bases de una primera teoría general de la medida, la

cual plantea las condiciones que se deben imponer a los procesos de medida

para que sus resultados sean consistentes con algunas propiedades básicas de

las magnitudes físicas. Para Helmholtz, los atributos de objetos, que permiten

la distinción de mayor, igual o menor al ser comparados con otros similares

se denominan magnitudes. Este pensador considera importante abordar dos


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aspectos relativos a las magnitudes físicas: el primero, es relativo al significado

de la igualdad o desigualdad aplicada a los atributos de los objetos o criterio

de comparación; es decir, se refiere a las condiciones que se cumplen para

afirmar que un atributo particular de un cuerpo es igual, menor o mayor que

el de otro. El segundo, que denominaremos criterio de aditividad, se refiere al

carácter que debe tener la combinación física de dos objetos para que podamos

considerar los atributos comparables de ésta, como unidos aditivamente, y en

esta medida podamos considerar a estos atributos como magnitudes que se

pueden designar por números. Es la verificación de estos dos criterios, lo que

permite afirmar que medir es comparar una propiedad de un objeto con la pro-

piedad de la misma clase de otro objeto entendida como patrón, que da como

resultado un número. Campbell, por su parte, introdujo la expresión “medida

fundamental” para caracterizar los procedimientos basados en la igualdad y la

adición, y abrió las puertas a la consideración de medidas no aditivas como la

temperatura y densidad, al caso de la densidad lo llamó “magnitud derivada”

(De Andrade, 2007).

La determinación de las condiciones implicadas en estos criterios y, por

ende, su aplicación cuando se constituye tanto la propiedad como su método

de medida, está lejos de ser trivial. Ello se evidencia aún con aquellas propie-

dades de los cuerpos que nos son muy familiares, como el peso, el tamaño o

la extensión de un cuerpo; para ello se requiere tener una comprensión de lapropiedad en cuestión y una organización de sus efectos. En un caso tan sencillo

como puede ser la medición de longitud, se asume que el instrumento de me-

dida es una regla o un metro, pero nunca se hace la discusión de los elementos

teóricos que están relacionados con el uso de una regla: de hecho, al utilizar

una regla, se tiene como base una experiencia con los cuerpos rígidos según

la cual éstos no alteran su forma al ser trasladados o rotados. Estos aspectos

y otros que forman parte de la geometría física, dan sustento teórico a un ins-

trumento al parecer tan simple como una regla. La medición implica avanzar

paralelamente en la construcción de la propiedad así como en la conformaciónde la fenomenología a la que se encuentra articulada. Para ilustrar aún más este

punto miremos ahora el caso del peso.

Posiblemente, cuando se dice que “dos cuerpos tienen el mismo peso si al

colocarlos en los extremos de una balanza de brazos iguales, el sistema queda

en equilibrio” (criterio de comparación), o “que el cuerpo conformado por N

cuerpos del mismo peso tiene un peso igual a N veces el peso de uno de estos


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cuerpos cuando son colocados en el mismo lado de la balanza y a la misma

distancia del punto de apoyo” (criterio de aditividad), estas afirmaciones sean

obvias; pero dejan de serlo cuando nuestro punto de partida en torno al peso

es la dificultad que experimentamos para evitar la caída de un cuerpo. Cuando

consideramos que los efectos del peso –propensión a caer y resistencia a ser

elevados–, lo que nos permite pensar en éste, primero como propiedad y luego

como fuerza, nos vemos abocados a una problemática compleja e interesante.

En este contexto de significación, para saber y prever cuándo dos cuerpos

tienen pesos iguales o no, es preciso diferenciar entre el peso y la acción que

éste ejerce y encontrar su relación. En este caso hay que tener en cuenta que,

en cada dirección, un mismo cuerpo debido a su peso puede ejercer un efecto

diferente, e igualmente se necesita considerar que cuerpos colgados en unabalanza en puntos a distancias diferentes del punto de apoyo de la balanza

ejercen, por su peso, acciones diferentes; aspectos que Arquímedes, Stevin y

Galileo y Newton trabajaron y organizaron dando lugar a los conceptos de centro

de gravedad, torque, fuerza, momento de fuerza y fuerza de gravedad, con los

cuales se describe la fenomenología articulada al peso (Ayala, et. al., 2001, 2003).

Para dimensionar aun más la problemática involucrada y las exigencias que se

derivan en la aplicación de los dos criterios mencionados, conviene recordar

que, para Galileo, el peso no era en sí mismo un propiedad aditiva, consideraba

que el peso de un cuerpo en caída libre era igual al de sus partes; tal concepciónexplica por qué para él los cuerpos en el vacío tienen el mismo movimiento de

caída. Sólo cuando el movimiento libre de caída es obstaculizado, se podría

hablar de aditividad del peso.

Se puede decir que las magnitudes y las formas de medida no son externas

al fenómeno, sino que son producto de la comprensión de amplios campos

fenoménicos, de modo que “una red teórica transforma un conjunto de alam-

bres, resortes y tornillos en un instrumento de medida convirtiendo marcas y

coincidencias en números con una significación, la de las relaciones entre ciertas

magnitudes; siendo un instrumento de medida la concreción de la teoría en que

se basa” (Malagón, 2002).


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Gráca No. 1

Tres formas diferentes, pero relacionadas entre sí, se pueden distinguir en

el proceso de constitución de una medida: la clasificación, la ordenación de

cualidades por grado de mayor a menor, y la forma cuantitativa referente a las

diferencias de grado de cierta magnitud (ver gráfica No. 1). Por ejemplo, en el

laboratorio, los materiales se pueden clasificar por su dureza y ordenarlos por

su grado de dureza, dando lugar a la escala de dureza de Mohr, donde el criteriode ordenación de esta escala es que el cuerpo más duro raya al más blando. Es

claro que, aunque no es una escala numérica, sí provee una ordenación.

Otro ejemplo es la clasificación que se puede hacer de sólidos y líquidos a

partir de la flotación de los cuerpos en diferentes medios, donde se pueden

establecer dos comportamientos: flotar o hundirse. Una vez clasificados de esta

manera, es posible establecer una ordenación de grado, teniendo en cuenta que

los cuerpos que flotan no lo hacen de la misma manera: unos flotan más, otros

menos. De la organización de la flotación se podría establecer una magnitudque permita avanzar en la comprensión teórica del fenómeno de la flotación,

la densidad, y construir un aparato para medirla, pudiéndose así asignar un

número y definir una magnitud que hable de ese problema.

Campbell distinguió, como señalamos anteriormente, dos tipos de mag-

nitudes: “magnitudes fundamentales” y “magnitudes derivadas” teniendo en

cuenta que los criterios de igualdad y aditividad eran aplicables directamente

a las magnitudes de primer tipo más no a las del segundo, como ocurre con la


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densidad, la velocidad y la temperatura, entre otras. En el caso de la tempera-

tura, no es posible comparar directamente la temperatura de dos cuerpos, la

única forma de tratar de asignar una magnitud a esa cualidad de estar calienteo frio, o más caliente o más frio, es asociando a esa cualidad otra que está

asociada con ella, i.e. la dilatación de la columna de mercurio o la resistencia

eléctrica. En estos casos, el criterio de comparación no es directo lo que se

puede hacer es comparar los efectos observados que están asociados a un

tipo de fenómenos ya organizados y que se consideran debidos al fenómeno

estudiado, como sería la dilatación experimentada por una sustancia debida a

su cambio de temperatura. La velocidad instantánea, por su parte, es un caso

análogo al de la temperatura; es una magnitud definida como el diferencial del

espacio sobre el tiempo como no se le puede entender como el cociente de doscantidades finitas (en cuyo caso se determinaría una velocidad promedio mas

no la instantánea). Para medirla, Galileo hizo una estructuración del fenómeno

de caída y del movimiento horizontal, y logró definir la forma de medir la velo-

cidad instantánea en términos del alcance horizontal de un cuerpo cuando es

proyectado horizontalmente con esta velocidad. En este sentido, al igual que

la temperatura, su medición exige ponerla en relación con un fenómeno ya

establecido; en este caso, el movimiento parabólico.

Las anteriores consideraciones permiten poner de manifiesto, en primer

lugar, la existencia de una íntima e indisoluble relación entre las magnitudes

y sus formas de medida y la comprensión del campo fenoménico en el que se

inscribe; en segundo lugar, que lo sensible está cruzado por construcciones y

organizaciones “teóricas” previas o formas lógicas de organizar y, en tercer

lugar, que las organizaciones conceptuales están ligadas a las organizaciones

de la experiencia sensible.

Reflexiones generales sobre el concepto de magnitud

Reflexionar sobre el concepto de magnitud implica abordar problemáticas

claves para la caracterización de las disciplinas científicas enseñadas, y para la

elaboración de criterios que orienten las prácticas pedagógicas de los maes-

tros vinculados a la enseñanza de las ciencias, y la reflexión sobre las mismas.

El análisis de estas problemáticas puede aportar elementos importantes para

enriquecer el conocimiento de los estudiantes, pues establece y consolida nexos

entre dicho conocimiento y el científico en los procesos de recontextualización

de saberes científicos trabajados en el aula. Estas problemáticas se refieren a la


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relación matemáticas - conocimiento científico,7 cuyo análisis implica dirimir la

dicotomía cualitativo - cuantitativo, mundo de ideas - mundo sensible.

Usualmente, se considera que un conocimiento disciplinar determinadotiene relación con las matemáticas porque las propiedades consideradas del

sistema u objeto estudiado son cuantificables o susceptibles de ser medidas.

Estas magnitudes son los términos a partir de los cuales son enunciadas las

diversas proposiciones teóricas con las que se describe el comportamiento del

objeto en cuestión o se caracteriza el fenómeno estudiado. Refiriéndose a la

física, Michel Paty plantea:

La especicidad de la física radica en la fuerte relación que tiene con las

matemáticas o matematización o con la observación cuantitativa y con el

experimento, cosa que le aseguró su liderazgo entre las ciencias, en cuan-

to fue adoptada como modelo de racionalidad. En la física los fenómenos

se representan a través de conceptos que son expresados en la forma de

magnitudes o cantidades, dotadas con una denición exacta de una manera

matemática. Las relaciones entre los conceptos físicos son relaciones entre

estas magnitudes que toman generalmente la forma de ecuaciones o de pro-

posiciones cuantitativas tales como principios –de inercia, de relatividad, de

conservación, etc. (Paty, 1999).

7 Respecto a la relación entre la física y las matemáticas, Levy Leblond señala que es importanteque “[…] la distinción entre un concepto físico y su matematización no se conciba como una simplediferenciación estática: un concepto matemático más otra cosa. El concepto matemático no es ni(sic) un esqueleto al que la física le presta la carne, ni una forma abstracta, que la física se encarga dellenar de contenido concreto. Es esencial que las relaciones de las matemáticas y la física se expresenen términos dinámicos”. Este comentario que hace Leblond (citado por Ayala et al., 2007), resume lamanera como se comprende la relación entre la física y las matemáticas. “Se considera que la expre-sión matemática por medio de la cual se expresa una proposición sobre el mundo físico carece inicial-mente de sentido físico, y que ésta lo adquiere cuando se le asigna algún signicado a los diferentestérminos que aparecen en cada expresión.” Se suele considerar a su vez que dar un signicado físicoes poner de relieve las manifestaciones del fenómeno que pueden ser captados por los sentidos. Estamanera de concebir dicha relación, prosiguen estos autores,“[…] lleva a pensar en dos problemas oen dos momentos, uno cuando la expresión es un ente puramente matemático, vacío de contenido,y otro cuando se le ha dotado de signicado físico y ésta se convierte en un enunciado sobre el fenó-

meno físico analizado.” Esta separación entre lo conceptual y lo cuantitativo, es planteada tambiénen el ámbito de aprendizaje y de formación de conceptos (véase Koponen y Mäntylä): la formación deconceptos empieza en el nivel de la información cualitativa, vía la percepción, en la que se construyenlos esquemas de signicado para el reconocimiento y clasicación no sólo de objetos sino tambiénde fenómenos y sus propiedades. En un segundo nivel se encuentra la cuanticación y por último laestructuración, que da la posibilidad de plantear las relaciones entre las cantidades involucradas y conello las regularidades y leyes que caracterizan el fenómeno estudiado. “Sin embargo, Leblond diceque es necesario y es posible pensar la matematización de los fenómenos físicos de una manera dife-rente, conceptualización que puede ser alcanzada cuando se supera el punto de vista estático −queconduce a quienes lo adoptan a establecer una diferenciación de base entre forma y contenido− yse adopta en cambio un punto de vista dinámico, es decir, cuando el análisis ya no se restringe a losresultados o productos de la actividad cognitiva y se lo ubica en el ámbito de la actividad misma deconstrucción del conocimiento.” (citado por Ayala et al. 2008)


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Como fundamento de las magnitudes tenemos a las propiedades detecta-

bles en los sistemas físicos. Ahora bien, a los cuerpos, fenómenos o procesos

se les suele asignar características, propiedades o cualidades que se consideran

están contenidas en ellos y, son base de su identificación, las cuales se suponen

también son susceptibles de ser determinadas a través de la observación.8

Contrario a esta apreciación, queremos hacer notar que una cualidad, al igual

que cualquier atributo que prediquemos de un cuerpo, sistema o fenómeno,

es un constructo conceptual, y que, como tal, es una forma de mirar el mundo

que, al ser una organizadora de la experiencia sensorial, determina aspectos

del mundo que son mirados.

En este orden de ideas, las cualidades o propiedades no están dadas, son

producto de un proceso de organización de la experiencia sensible, son formasdinámicas que en el proceso de constitución dan origen, a través de procesos de

diferenciación, a las magnitudes con las que se describe el campo fenoménico

al que se articula. Por ejemplo, en la conformación del campo fenoménico de

lo eléctrico, estos procesos dan lugar a una trama de magnitudes: cantidad de

electricidad o de carga, potencial eléctrico, capacidad eléctrica y conductividad

eléctrica, entre otros, al igual que la especificación de facetas del fenómeno.

Análogamente, la conformación del campo fenoménico de lo térmico da pie,

en una primera fase, a las magnitudes calor, temperatura, capacidad calorífica,

conductividad. Los aspectos que acabamos de mencionar, el carácter concep-tual y dinámico, son cruciales en la caracterización de lo que entendemos por

cualidad y por magnitud.

La idea de magnitud es dual, tiene un doble carácter. De una parte, tiene

un carácter cualitativo, por cuanto hace referencia a una cualidad del sistema

considerado. Y, de otra, tiene un carácter cuantitativo, pues a la luz de un cierto

procedimiento, la cualidad considerada es susceptible de ser pensada y detec-

tada en grados o intensidades. Este procedimiento no se refiere únicamente

a la forma de tomar la medida, sino a la posibilidad de establecer criterios que

8 Según Paolo Guidoni, “[…] en lo que respecta al conocimiento de la Física, hay dos estrategiascognoscitivas –dos modos de mirar y de formalizar– particularmente importantes: un modo de verpor espacios abstractos de sistemas y un modo de ver por espacios abstractos de varia bles. Son dosmodos estrechamente correlacionados; no se alcanza a ver por sistemas sin ver también por variablesy viceversa... y es crucial aprender a distinguir su rol. Las varia bles son, de hecho, aquellas que de-scriben los espacios abstractos en los cuales los sistemas internos pueden cambiar de conguración(por ejemplo, de forma). Los parámetros, que son a su vez variables continuas, t ienen en cambio unasemántica distinta (y tal vez son útilmente representados en un espacio abstracto separado) porquehabitualmente caracterizan, con sus valores particulares, sistemas en el interior de una clase.” (Gui-doni y Arcá, 1985).


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permitan saber si la propiedad en mención es igual, mayor o menor en un caso

que en otro, así como el número de veces que lo es; que expresan de alguna

forma, como lo hemos enfatizado, la comprensión del fenómeno al que está

vinculada dicha magnitud y que hace posible, además de ordenar los grados

o intensidades de la cualidad analizada, establecer la separación entre ellos.

Es importante señalar nuevamente que la cuantificación de una propiedad o

atributo, o la matematización de un fenómeno, no se reduce a la asignación de

números. Va más allá. Como subraya M. Paty, (1999) las cualidades medievales

se pueden ordenar, incluso se les puede asignar un número, pero no por ello

son magnitudes o cantidades. Por ejemplo, así, afirme, en cierto contexto,

que una cosa es 3 veces más roja que otra, el no por ello se puede afirmar que

el color sea una cantidad, pues esto no implica que sea medible, que exista unprocedimiento válido para establecer las veces que el color de una cosa es ma-

yor al de otra. Por el contrario, a pesar de que la velocidad pueda ser pensada

como una intensidad –la del movimiento– la velocidad, es una magnitud. Para

ello se requiere disponer de una forma de medirla, ordenar la acción práctica de

medirla. Galileo estableció la manera de hacerlo al dilucidar el movimiento de

proyectiles. Pero ello requirió de Galileo un cambio radical en la concepción de

movimiento. Fue necesario que superara la reconocida oposición movimiento

– reposo. Fue necesario pensar que un cuerpo en movimiento y un cuerpo en

reposo no diferían cualitativamente, sino que entre ellos sólo había diferenciasde grado. También podemos afirmar que la posibilidad de pensar la temperatura

como magnitud exige eliminar la oposición calor - frío y con ello dejar de pen-

sar el calor y frío como cualidades. Igualmente, la configuración del pH como

magnitud exige superar la oposición acidez - basicidad.

Conclusiones

La disolución de la oposición concepto - empiria está en la base de la com-

prensión de la actividad experimental que en este trabajo se plantea. En un

experimento se producen efectos sensibles guiados por la comprensión que setiene de ellos; en este sentido, el experimento es un espacio de producción de

fenómenos, y un espacio de la concreción de la actividad conceptual y formal. Los

aparatos de medida sólo son formas físicas que se dan a organizaciones concep-

tuales ya establecidas. Las propiedades medidas y sus formas de medición, son

expresión de la comprensión del fenómeno estudiado. El experimento puede

ser considerado como una manera de emitir un juicio, donde la observación in-

tencionada y sistemática, así como la medición, son aspectos esenciales de ésta.


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Así mismo, la actividad de construcción de magnitudes y formas de medida

está ligada a la construcción y conceptualización de la fenomenología abordada

y, por consiguiente, medir una determinada magnitud se inscribe en la actividad

de formalizar la explicación en torno al campo fenoménico al que está vinculada.

Examinar el proceso de construcción y reconstrucción de una magnitud, así

como de sus formas de medida, permitirá simultáneamente examinar diversas

rutas de constitución y ampliación de la base fenomenológica a la cual ésta se

articula y elaborar criterios para el planteamiento de los problemas concep-

tuales y la orientación de los procesos de formalización y de organización de la

experiencia que en su base están.

Una indagación más amplia permitirá allegar elementos importantes para el

planteamiento, dinamización y enriquecimiento de la actividad experimental en

el aula de clase. La reflexión sobre el papel que desempeña la actividad experi-

mental en la ciencia y en la enseñanza de las ciencias, permite afirmar que ésta

debe ser considerada como un proceso intencional, imposible de desligar de una

educación en ciencias en la que se privilegie la construcción de explicaciones

y comprensiones acerca de los fenómenos abordados. Igualmente, permite

plantear tres ejes íntimamente relacionados para la estructuración y análisis

de la actividad experimental en el aula: uno, la organización de las cualidades,

la construcción de magnitudes y la elaboración de formas de medida; dos, la

ampliación de la base fenomenológica, y tres, el planteamiento de problemas

conceptuales.

Referencias

Arcá, María y Guidoni, Paolo (1985). Seminario Didáctico de la Facultad de Ciencias.(Documento inédito).Universidad de N

el experimento en el aula de clase (ciencias)

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