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fORMACiÓN DEL PROFESORADO. EDUCACiÓN SECUNDARIA
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GOBIERNO MINISTERIODEESPAÑA DEEDUCACIÓN
Formación del Profesorado. Educación Secundaria
Serie: Didáctica de las Ciencias experimentales (Física y Química)/Formación y Desarrollo Profesional
del Profesorado
Director de la colección: César Coll
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Pedrinaci, Ana Rivero, jordi Solbes, Manel Traver, Amparo Vilches, Ana María Wamba
© De esta edición: Editorial GRAÓ, de IRIF, S.L.
Editorial GRAÓ, de IRIF, S.L.
Ministerio de Educación, Secretaría General Técnica
1." edición: mayo 2011
NIPO: 820-11-259-8
ISBN: 978-84-9980-079-0
D.L.: B-20.563-2011
Diseño: Maria Tortajada
Maquetación y preimpresión: Creacions Grafiques Canigó, S.L.
Impresión: BIGSA
Impreso en España
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2. HISTORIA DE LA FíSICA Y ENSEÑANZA
DE LA FíSICA
CONTENIDO DE CAPrTULO
• Roles de la historia de la física en la enseñanza de la Física
• Ejemplos de actividades con un enfoque histórico
• Conclusiones y perspectivas
[ordi SolbeslESJoséRodrigo Botet. Manises
Universidad de Valencia
Manel Traver
lESSantVicent Ferrer. Algemesí
El papel que puede jugar la historia de la física en la enseñanza de esta disciplina ha
sido objeto de interés por diversos autores desde finales de los años cincuenta del siglo
pasado (Conant [1893-1978]; Holton, 2004; etc.). Sin embargo, estas propuestas tuvieron
escasa resonancia en nuestro país, y sólo en años posteriores aparecieron algunas pro-
puestasdidácticas que abordaban algún enfoque histórico (Grup Recerca-Faraday, 1982,
1994). Esto nos llevó a iniciar una línea de investigación a principios de los años noventa
donde se trataba, en primer lugar, de poner de manifiesto una serie de carencias que
mostraban la mayoría de libros de texto, base general de trabajo en el aula de la mayoría
del profesorado en activo, así como también su repercusión, en el alumnado, respecto a
aspectos históricos que o bien se encontraban ausentes o bien aparecían implícitamente
como tergiversaciones o banal izaciones, como por ejemplo el hecho recurrente de citar
los nombres y algún dato biográfico anecdótico de sólo unos pocos científicos "famosos»como Galileo o Newton y atribuirles todo el mérito de diversas contribuciones al conoci-
miento de la física, obviando el carácter colectivo de la creación científica y las complejasrelaciones ciencia, tecnología, sociedad (CTS) a lo largo de la historia. Los principales
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resultados de esta parte de la investigación (Solbes y Traver, 1996) confirmaban la escasapresencia de contenidos y enfoques históricos en la mayoría de libros de texto habituales.Por otra parte, los cuestionarios respondidos por el alumnado mostraban que la ense-
ñanza habitual, donde estaban ausentes los aspectos históricos, les mostraba una imagen
deformada de la ciencia y su proceso de construcción, en la que se ignoraban aspectos
cruciales como la formulación de problemas como punto de partida de una investiga-
ción científica, la investigación de hipótesis y la creación de conceptos para resolver los
problemas. También se ignoraba, en general, que la ciencia no evoluciona de una forma
simplemente acumulativa y que han existido cambios importantes de teorías científicas
o relaciones CTS a lo largo de la historia.
Roles de la historia de la física en la enseñanza de la Física
Como los currículos de'Física y Química de la Ley Orgánica de Educación (LOE) incluyen
epígrafes sobre la historia de la física -como se puede ver en otros capítulos dellibro-, nos
planteamos cómo presentar los aspectos históricos de una manera que contribuya a me-jorar el aprendizaje de la física y a mostrar una imagen de ésta más próxima a la manera
como se construyen los conocimientos científicos y a cómo evoluciona la ciencia en su con-
texto sociohistórico y qué repercusiones sociales tienen los avances científicos. De este modo,la introducción de aspectos históricos mejorará también la actitud de los alumnos frente a
esta materia de estudio y su interés por participar en el proceso de enseñanza-aprendizaje.
Enesta perspectiva, señalaremos los siguientes roles que puede desempeñar un enfoque histó-rico de la enseñanza de la Física:
• Permite ser críticos con la imagen tópica de la ciencia y, en concreto, con tergiversaciones
e interpretaciones históricas que aparecen en los textos y contribuyen a dicha imagen.
• Aunque la idea del paralelismo entre las preconcepciones de los alumnos y las con-
cepciones vigentes a lo largo de la historia ha sido cuestionada, aún se puede extraer
de la historia información sobre las dificultades de los estudiantes a partir de las resis-
tencias y de los obstáculos que se manifiestan a lo largo de la historia de la ciencia.• Favorece la selección de contenidos fundamentales de la disciplina en función de los con-
ceptos estructurantes, para introducir nuevos conocimientos y superar obstáculos episte-mológicos.
• Posibilita extraer de dicha historia los problemas significativos y poner al alumno en
situación de abordarlos, planteando situaciones de aprendizaje que permitan a losalumnos, en cierta medida, reconstruir los conocimientos científicos. Con ello, se pre-
tende evitar el erróneo planteamiento empirista que introduce los experimentos sin
tener en cuenta el problema histórico que los motivó, las sucesivas hipótesis que seplantearon en su interpretación, etc.
• Permite mostrar la existencia de grandes crisis en el desarrollo de la física y la química(de la aristotélico-escolástica a la clásica y de ésta a la moderna) e incluso de cambios
HISTORIA DE LA FrSICA y ENSEÑANZA DE LA FrSICA 37
en el interior de una teoría (por ejemplo, del calórico a la teoría cinética del calor, de
la naturaleza corpuscular de la luz a la ondulatoria, de la acción a distancia a la teoría
de campos, etc.). Se trata de introducir algunas ideas no vigentes, no sólo para mostrar
el carácter tentativo de la ciencia, sino por su semejanza con las preconcepciones de
los alumnos o por el hecho de constituir obstáculos epistemológicos. Esto puede favo-
recer los cambios conceptuales de los alumnos, ajustándolos a los grandes cambios de
conceptos, modelos y teorías en la ciencia.
• Posibilita mostrar el carácter hipotético, tentativo, de la ciencia y mostrar asimismo
las limitaciones de las teorías, sus problemas pendientes de solución, etc. Así se pre-
senta a los alumnos la aventura de la creación científica, evitando visiones dogmáti-
cas. Conviene también clarificar en qué forma es acumulativa la ciencia, ya que, por
una parte, la mayoría de las teorías científicas aceptadas no se han derrumbado, sino
que se han desarrollado, refinado y generalizado y, por otra parte, la contribución de
cada científico se basa en el trabajo de muchos otros, en la naturaleza colectiva
del trabajo científico.
• Sepuede mostrar la ciencia como una construcción humana, colectiva, fruto del tra-
bajo de muchas personas, para evitar la idea de una ciencia hecha básicamente por
genios, en su mayoría hombres.
• Permite presentar las contribuciones a la ciencia realizadas en nuestro país, así comolos obstáculos que se le han planteado a lo largo de la historia.
• Permite mostrar las interacciones CTS no sólo en el presente, sino a lo largo de la
historia, lo que facilita la comprensión de su evolución. Así, se ha pasado de la per-secución ideológico-religiosa a que fue sometida la ciencia (Galileo, Darwin, etc.) a
la constitución de la ciencia como uno de los elementos de la ideología dominante
(desde el optimismo cientificista decimonónico a la actual tecnocracia). También se
ha pasado de una técnica que precede a la ciencia (por ejemplo, la construcción de
mecanismos o de máquinas mecánico-térmicas precedió a su estudio por la mecánica
o la termodinámica) a una ciencia origen de múltiples aplicaciones técnicas e, incluso,
de ramas de la producción (la eléctrica y la química en el siglo XIX, la electrónica en
la actualidad).
• Contribuye a mejorar las actitudes del alumnado hacia la ciencia y su aprendizaje.
Ejemplos de actividades con un enfoque histórico
Con las premisas expuestas en el apartado anterior sobre los papeles que puede jugar unenfoque histórico en la enseñanza de la Física, nuestro siguiente paso consistió en ela-borar, seleccionar y experimentar diferentes actividades para desarrollar en clase con los
alumnos. Dichas actividades fueron también evaluadas en parte por profesores en activo
y en formación en diferentes cursos a fin de mostrar su validez y sus limitaciones a la hora
de servir a los propósitos para los que fueron diseñadas. Para elaborar estas actividades
38 FlslCA y QUIMICA. COMPLEMENTOS DE FORMACiÓN DISCIPLINAR
se tuvo en cuenta una variedad de tipologías que incluía biografías de científicos y cien-
tíficas de forma más elaborada y contextual izada que las breves reseñas habituales de
muchos libros, acompañadas de cuestiones para la reflexión del alumnado. También se
seleccionaron fragmentos originales de obras de algunos autores clásicos a fin de conocer
en palabras del propio autor el enunciado de determinados principios o leyes estudiados,
o seguir la evolución de determinadas controversias científicas. En algunas actividades se
siguió el ejemplo clásico de los diálogos empleado por Calileo como hilo conductor de
un razonamiento. También se recopiló información dispersa sobre algunas etapas crucia-
les de la historia de la actividad científica en España, como los siglos XVI, XVIII Y principios
del siglo xx, para mostrar las circunstancias favorables y los obstáculos que encontraron
muchos científicos españoles de renombre en dichas épocas. En todas las actividades se
proponían cuestiones para que el alumnado reflexionara y profundizara, de manera que su
papel no se limitase a la lectura pasiva de un texto, sino que extrajera de forma explícita
una información relevante al propósito de la actividad, que al fin y al cabo no era otro que
el aprendizaje de la Física.
Mostramos a continuación una breve selección de actividades con un enfoque histórico que
abordan diferentes aspectos posibles, desde el uso de textos históricos originales hasta el
seguimiento de controversias científicas, la evolución de un concepto físico o el papel de las
minorías o de las mujeres en la ciencia.
Ejemplo 1. Brevehistoria de la introducción del concepto de campo
Leey comentaeltextosiguiente,conlaayudade lascuestionesqueseformulanalfinal.
La génesis del concepto de campofue lenta y sinuoso. Se centra en los problemas históricos fundamentales: la supe-
ración del modelo de interacción a distancia e instantánea y la aparición del campo como un ente físico (por lo que,
clásicamente, la materia se presenta en dos formas: partículas y campos).
Efectivamente, tanto Coulomb en la electrostática (1785) como Ampéte, Laplace, Biot y Savatt, etc. en la magnetas-
tática (1820.-1827) utilizan fuerzas a distancia en coherencia con el programa o el paradigma mecanicista vigente.
La idea de campoaparece, de forma confusa, en las explicaciones cualitativas que Oersted hace de su experiencia
de 1820. Emplea un lenguaje cartesiano y habla de remolinos alrededor del hilo. EsFaraday (1791-1867) quien, desde las
primeras experiencias de 1821 con el rotar electromagnético, más explícitamente utiliza la noción de campo,al consi-
derar las líneas de campo como entidades reales que llenan el espacio. Esdecir, se aleja del programa mecanicista de la
acción a distancia para utilizar una acción contigua. A la propuesta le faltaba una formulación matemática, ya que su
origen social (era hijo de un herrero) le imposibilitó, en aquella época, el acceso a una formación universitaria.
En aquellos años encontramos dos vías o programas de investigación en electricidad y magnetismo. En primer lugar,
sigue vigente el programa mecanicista, sobre todo en el continente europeo. Físicos de la talla de Kirchhoff, Helmholtz,
Weber, Neumann, etc, siguen con el uso de la idea de acción a distancia, aunque con algunas problemas, como que las
fuerzas magnéticas son transversales y no centrales, y hay que introducir el retraso y por eso las fuerzas no son instantá-
neas. Por otro lado, en Gran Bretaña, la influencia de Faraday en Kelvin (William Thomson) produce la aparición de un
HISTORIA DE LA FlslCA y ENSE~ANZA DE LA FISICA 39
nuevo programa de investigación basado en la acción contigua. Sin embargo, se abandona la fructífera idea de Faraday
de las líneas de campo como entes físicos, que ahora se consideran como tubos que transportan un fluido incompresible,
eléter (ya utilizado por Fresnel y otros como medio de propagación de la luz). En el fondo, se trata de un intento de mante-
ner una explicación mecánica de la electricidad y el magnetismo. En el marco de este programa, Maxwell, en 1861-1862,
elaboro unas ecuaciones en que unifica la electricidad y el magnetismo e introduce una teoría electromagnética de la
luz. Paro obtenerlas debe introducir tubos de éter giratorios, con partículas eléctricas como rodadura entre ellos, etc. Se
plantean dos posibilidades: o profundizar más en el modelo o liberar la teoría del mecanicismo. Maxwell, en 1864 1865,
opta por la segunda opción y huye de la complejidad del modelo al afirmar que «en nuestra teoría la energía reside en el
campo electromagnético, en el espacio que rodea a los cuerpos eléctricos y magnéticos ... ». Sin embargo, gran parte de
los físicos que trabajan en el contexto de este programa optan por la primera opción, como Kelvin, que en 1884 afirma:
«Noestoy satisfecho hasta haber construido un modelo mecánico del objeto que estoy estudiando. Si llego a hacer uno,
lo comprendo; en caso contrario, no». Esto origina la proliferación de múltiples modelos de éter.
Ambos programas de investigación, el mecanicista y el del éter (o del campo electromagnético), coexisten hasta que,
en 1887,Hertz descubre las ondas electromagnéticas predichas por Maxwell y con ello cuestiona la idea de la acción
a distancia e instantánea. En 1892, H.A. Lorentz culmina el programa del éter al establecer que todos los cuerpos
cargados contienen partículas minúsculas que cumplen las ecuaciones de Maxwell en un éter en reposo. J.J. Thomson
descubre el electrón en 1897y lo confirma. Debemos añadir otros hallazgos relacionados con la estructura del átomo,
como las series espectrales del hidrógeno por Balmer (1885), el efecto fotoeléctrico por Hertz y Lenard (1887-1889), los
royosX por Roentgen (1895), la radiactividad y los elementos radiactivos (por Becquerel y P.y M. Curie en 1896), etc.
En resumidas cuentas, con todos estos descubrimientos, algunos físicos empiezan a percibir la crisis del programa
mecanicista y plantean (Poincaré, en 1900) que, si la teoría de Lorentz es cierta, no se cumplen la Ley de acción y
reacción ni la Ley de conservación de la cantidad de movimiento, por lo que hay que elaborar una dinámica nueva.
Otros, como Wien, Abraham y Kauffmann (1900 1903), van más allá y reducen la mecánica al electromagnetismo,
al considerar que la materia está constituida por electrones y éter y regida por las leyes de Maxwell-Lorentz. Además,
eligiendo un radio adecuado para el electrón, obtienen que toda su masa es electromagnética
Sin embargo, en 1908 1909, parte de la comunidad científica empieza a tomar conciencia de que la crisis es más
profunda, que también afecta a las teorías del éter o del compo electromagnético y que la solución no pasa por el pro-
grama del éter, sino por las teorías de la relatividad (Einstein, en 1905) y cuántica (Planck, en 1900; Einstein, en 1905).
La primera de estas teorías nos libera del espacio absoluto y, por tanto, del éter que lo debería llenar. Con ella Einstein
culmina el largo proceso, iniciado por Faraday y Maxwell, del establecimiento del campo como una realidad física,
constituyente, junto a las partículas (electrones, etc), de la materia que nos rodea. La teoría cuántica también realiza
una contribución en esta línea, al poner de manifiesto que el campo está constituido por fatones. Así se establece un
nuevo modelo de interacción como intercambio de partículas.
Cuestiones
1. Haz un esquema donde aparezcan las dos líneas de investigación que estudiaban las interacciones eléctricas,
los científicos que las desarrollaron y la manera como se resolvió la controversia.
2. Señala claramente las diferencias entre la interpretación mecanicista de los fenómenos eléctricos y la nueva
interpretación que introduce el concepto de campo.
3. La visión mecanicista de los fenómenos físicos no se limitó a la interpretación de la electricidad. Comenta qué
otros problemas físicos se querían explicar con esta visión, según la cual todo tiene una explicación en términos
de partículas y fuerzas entre ellas.
40 FlslCA y QUIMICA. COMPLEMENTOS DE FORMACIÓN DISCIPLINAR
Comentarios sobre la actividad para el profesorado
Los objetivos de esta actividad son:
Evolución de los conocimientos científicos.
Construcción de conceptos.
Controversias científicas.
Se dirige a estudiantes de 16 a 18 años. Está adaptada de Solbes y Tarín (1996).
La introducción de conceptos muy innovadores, como el de campo, siempre ha tropezado con las resistencias y los
obstáculos epistemológicos generados por las visiones previas que los científicos tenían del mundo físico. En este
caso, la visión mecanicista fue un freno importante que retrasó la aceptación de esta nueva forma de presentarse
la materia (¿la energía?), pese a los problemas que quedaban pendientes para una interpretación correcta de las
interacciones a distancia.
En este texto pretendemos hacer reflexionar a los alumnos sobre las dificultades que implicó el establecimiento
del concepto de campo eléctrico y los distintos caminos que se siguieron para la interpretación de los fenómenos
eléctricos. Es especialmente interesante hacer ver el inicio de la gran crisis de la física clásica, que empezó, entre
otras causas, por el problema del éter. Habría que superar la visión operativista que aún mantienen determinadas
interpretaciones del campo como mero artefacto matemático sin existencia «real".
Ejemplo 2. Las máquinas térmicas y el incremento del efecto invernadero
Lee y comenta el texto siguiente, con la ayuda de las cuestiones que se proponen al final.
Es fácil producir calor efectuando un trabajo, por ejemplo, por frotamiento, como demostró Thomson. Ahora bien,
obtener trabajo del calor es más difícil, y esto no fue posible hasta la construcción y la utilización de las primeras
máquinas térmicas.
Hay muchos antecedentes de la máquina de vapor, como los dispositivos de Porta, Papin y Savery, pero la primera
máquina de vapor que funcionó con éxito a partir de 7772 fue la de Newcomen (7664-7729). El retorno del pistón se
debía a la presión atmosférica y se utilizaba sobre todo para extraer agua de las minas.
La realización de una máquina eficaz, accionada completamente por vapor, fue obra de James Watt (7736-7879), que
al reparar una máquina de Newcomen tuvo en 7765 la idea de introducir el condensador separado, lo que le permitía
permanecer frío. Básicamente, la máquina constaba de una caldera, cuyo vapor entra en un cilindro metálico y em-
puja el pistón hacia fuera. Elpistón está conectado a una rueda por una biela que transforma el movimiento alternativo
del pistón en movimiento circular. Cuando el pistón alcanza la posición más alejada, se cierra la válvula de entrada,
abriéndose la de salida. La inercia de la rueda hace que el pistón se mueva y que el vapor salga por la otra válvula hacia el
condensador y la caldera
Las máquinas de vapor tuvieron aplicaciones en trenes y barcos, en la maquinaria textil, en la metalurgia y en la industria
en general. Estas innovaciones técnicas posibilitaron la primera Revolución industrial (7760-7870). En ésta los inventos
HISTORIA DE LA FrSICA y ENSEtiJANZA DE LA FrSICA 41
técnicos no fueron obra de científicos, sino de artesanos que estaban al corriente de los procedimientos técnicos en uso y
que conocían por la práctica el problema que había de resolverse. Así, Newcomen era herrero y Watt era constructor de
instrumentos de precisión. Además, la construcción y la utilización de máquinas térmicas plantearon problemas cuya
solución contribuyó al desarrollo de la termodinámica.
En 1824,el joven ingeniero Sadi Carnot (1796-1832) inició el análisis de las máquinas de vapor en su libro Reflexio-
nes sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas apropiadas para desarrollar esta potencia, donde
se plantea la pregunta de cuál es el máximo rendimiento de una máquina térmica. Utiliza la teoría del calórico y
no supone que el calor se convierta en trabajo, sino que el flujo de calórico de un cuerpo caliente a uno frío puede
utilizarse para realizar trabajo de un modo parecido a como se aprovecha la caída de agua de un nivel más caliente
a uno más frío. Aunque la teoría del calórico fue rechazada posteriormente, alcanzó conclusiones válidas. La primera
fue que existe un rendimiento máximo (el de una máquina ideal reversible) que no puede superarse con ninguna
máquina térmica real.
La termodinámica fue un estímulo para la invención de toda una nueva familia de máquinas térmicas, los motores de
combustión interna. Los científicos y los ingenieros alemanes fueron los pioneros de estos desarrollos: el motor a gas
de Otto (1876), el motor de gasolina de Daimler (1882) y Benz (1893), el motor de gasóleo de Diesel (1892). Todo esto
estimuló la utilización de una nueva fuente energética, el petróleo y sus derivados, aunque el carbón siguió siendo la
fuente dominante (el 96% en 1900).
Por eso, en este siglo las máquinas térmicas siguen jugando un papel determinante. Una turbina de vapor también
es una máquina térmica, y en la actualidad la mayor parte de la electricidad se genera utilizándolas. Por último, los
frigoríficos y los acondicionadores de aire son máquinas térmicas, aunque con principios de funcionamiento opuestos.
Cuestiones
1.¿Hasta qué punto ha influido la ciencia en estos desarrollos? 0, en otras palabras, ¿qué desarrollos se producen
en primer lugar; los científicos o los tecnológicos? ¿Ha cambiado esa situación en la actualidad?
2. ¿A qué puede ser debido el incremento de la temperatura media de la Tierra desde 1800?
3. ¿Cómo se explica la contribución del CO2 al cambio dirnátko? ¿Cuáles pueden ser las consecuencias del incre-
mento del efecto invernadero?
4. La opinión pública suele atribuir la responsabilidad del cambio dirnático y de la contaminación en general
a la ciencia y la técnica. ¿Quiénes piensas que son los principales responsables? ¿Cuál ha sido la actitud de la
mayoría de los científicos?
Comentarios sobre la actividad para el profesorado
Los objetivos de esta actividad son destacar las relaciones ciencia-técnica, la contribución de la ciencia a las nece-
sidades sociales (energía, sostenibilidad) y la responsabilidad social de los científicos y las científicas. El incremento
del efecto invernadero puede tratarse tanto en temas de quírnica (termoquímica, gases) como de física (energía u
ondas), lo que pone de manifiesto que los problemas complejos son rnultidisciplinares.
La cuestión 1 nos permite ver que los inventos técnicos no fueron obra de científicos, sino de artesanos (Newco-
men era herrero y Watt constructor de instrurnentos de precisión) que estaban al corriente de los procedimientos
técnicos en uso y que conocían por la práctica el problema que había de resolverse. Así, la construcción y la
utilización de máquinas térrnicas son previas al desarrollo de la termodinámica. De la misma forma, las técnicas
42 FrSICA y QUrMICA. COMPLEMENTOS DE FORMACIÓN DISCIPLINAR
siderúrgicas, de blanqueo y tinte de tejidos, etc. son anteriores a la química. A pesar de la imagen habitual de la
técnica como ciencia aplicada y de que las ciencias preceden a la tecnología, lo cierto es que hasta mediados del
siglo XIX, en pleno desarrollo de la primera Revolución industrial, los desarrollos técnicos siguen precediendo a los
científicos. Una buena prueba de las escasas relaciones entre ciencia y técnica durante este período es el hecho
de que no exista una correspondencia estrecha entre liderazgo científico e industrial. En la actualidad esto no es
así, produciéndose una relación más compleja entre ciencia y tecnología. Hay avances científicos que originan
nuevas tecnologías y desarrollos tecnológicos que plantean nuevos problemas a la ciencia o permiten construir
nuevos instrumentos de observación y experimentación, que permiten nuevos avances científicos.
En la cuestión 2 vemos que el incremento del efecto invernadero se debe a que, con la Revolución industrial, ha cre-
cido el uso de las rnáquinas térrnicas y, con ellas, la concentración de dióxido de carbono (C02) en la atrnósfera ha au-
mentado en un 25%, desde 280 partes por rnillón en volumen (pprn/v) en el año 1800 hasta 360 ppm/v en la actualidad.
Este incremento es fruto de la actividad humana, especialmente de la combustión de petróleo, carbón y gas natural
utilizados corno cornbustibles en las industrias, los automóviles, los aviones, las centrales eléctricas térrnicas, etc, sin
olvidar el que procede de los incendios forestales.
La contribución del CO2 al calentamiento global (C3) se explica de la siguiente forma. La Tierra recibe energía
procedente del Sol, que cubre un ancho espectro de longitudes de onda que van desde el ultravioleta (UV)
hasta el infrarrojo (IR). Una parte de esta energía se refleja y otra es absorbida por la Tierra, que vuelve a emitirla
en forrna de radiaciones IR. El CO2 absorbe radiación IR y actúa como un invernadero impidiendo la pérdida de
calor al exterior. Adernás de CO2 hay otros gases que contribuyen al efecto invernadero, corno el rnetano, los CFC
(que tarnbién producen la disrninución de la capa de ozono) y los óxidos de nitrógeno. Se ha predicho que, si
continúan las tendencias actuales, el nivel de CO2 a la atrnósfera se doblará en 50 años. Esto daría como resultado
un aurnento global de la temperatura del planeta de entre 1,5 °C Y4,5 De, según diferentes modelos, antes de llegar
a la rnitad de este siglo. Este carnbio produciría la fusión de parte de la capa de hielo del rnundo (en la Antártida,
en Groenlandia, en los glaciares de rnontaña, etc.), con la consiguiente elevación del nivel del rnar, que podría
inundar rnuchas ciudades costeras del rnundo y rnuchas islas del Pacífico. Tarnbién está produciendo un incrernento
en el núrnero de huracanes (por el calentarniento de los océanos, lo que, unido al deshielo, tarnbién está afectando a
las corrientes oceánícas). lluvias torrenciales, inundaciones, sequías y otros carnbios, que pueden afectar áreas
agrícolas productivas, con el peligro de provocar una carencia de alirnentos.
Pero, aunque algunos grupos preocupados por las repercusiones peligrosas de las ciencias en la sociedad y el
arnbiente (arrnarnento, contarninación, organisrnos genéticarnente rnodificados, clonación, etc.) culpabilicen a la
ciencia de las misrnas, lo cierto es que la ciencia ha contribuido a observar el carnbio clirnático y a tratar de explicarlo, así
corno a denunciar los efectos que puede producir y a proponer soluciones. Antes de la curnbre de Kioto (1992),
1.500 científicos de renornbre de 63 países, entre ellos 98 prernios Nobel, firrnaron un manifiesto en el que pe-
dían a los líderes políticos que se limitase la emisión de CO2 de sus países para evitar el calentamiento global,
mejorando la eficiencia energética y sustituyendo los combustibles fósiles por energías renovables. Pero, como se
pudo cornprobar en aquella reunión de Kioto y recientemente en la de Copenhague (2009), los políticos no pa-
recen dispuestos a hacer caso porque anteponen los intereses de las grandes empresas de sus países (eléctricas,
petroleras y automovilísticas) a los del mundo.
HISTORIA DE LA FlslCA y ENSEÑANZA DE LA FlSICA 43
Ejemplo 3. Lageneración de científicos españoles que hizo posible la visita de Einstein a España
Leey comenta el texto siguiente, a partir de las cuestiones que se formulan al final.
Despuésdel colapso de la actividad científica española durante la guerra de la Independencia y el reinado de Fer-
nando VII,se inicia un largo proceso de recuperación, de importación sistemática de los conocimientos producidos en
el extranjero y de fundación de instituciones científicas. Ejemplos notables de figuras intermedias fueron el ingeniero
ypremio Nobel de Literatura José Echegaray (1832- 1916) Y el astrónomo Josep Comas iSola (1868- 1937), que difun-
dieron en España las ciencias físicas y matemáticas contemporáneas.
Perosólo después del descalabro de 1898, atribuido entre otras causas al retraso científico, se crea en el Estado es-
pañol uno base amplia de apoyo para la ciencia, que culmina con la fundación en 1907 de la Junta de Ampliación
de Estudios, dirigida por el premio Nobel Santiago Ramón y Cajal. Se inicia de esta manera una política de becas
para estudiar e investigar en el extranjero, y de creación de laboratorios como el de Investigaciones Físicas en 1910,
dirigido por Bias Cabrera; el de Automática, dirigido por Leonardo Torres Quevedo (1852- 1936); el de Química; el de
la Residencio de Estudiantes, en 1912, Y el Laboratorio General de Ensayo de la Mancomunidad Catalana, en 1908.
También se crean observatorios astronómicos como el Fabra de Barcelona en 1904, dirigido por Josep Comas, o eldel Ebro, en Tortosa, en 1905.
Estosesfuerzos permitieron que la generación de científicos nacidos hacia 1880 situara la física española al nivel de
lo época. Entre sus miembros destacan los siguientes:
Bias Cabrera (1878- 1945). Catedrático de electricidad y director del Laboratorio de Investigaciones Físicas, que
destacó como físico experimental sobre las propiedades magnéticas de la materia, tema en que se inició con Weiss,
de 1910o 1912, en Zúrich. Su trabajo tuvo una difusión intemacional. Fue un entusiasta defensor y divulgador de la
relatividad y la cuántica. Llegó a ser rector de la Universidad Central de Madrid. Debió exiliarse después de la guerra
civil, primero a París y más tarde a México, donde murió.
Josep Maria Plans (1878- 1934). Autor de una de las pocas contribuciones originales españolas sobre la relatividad
en los años veinte, una nueva ecuación para explicar la deflexión de la luz en campos gravitatorios. Otra aporta-
ción fue realizada por el matemático Pere Puig Adam en su tesis doctoral, dirigida por Plans. Publicó un libro de
divulgación, Nociones fundamentales de mecánica relativista (Plans, 1921), y tradujo el famoso Space, time and
gravitation, de Eddington (Eddington, 1921).
EsteveTerrados (1883- 1950). Físico, matemático e ingeniero. Catedrático de Acústica y Óptica. Sus grandes conoci-
mientos de alemán le permitían seguir al día los avances en relatividad y cuántica. Hacia 1910 había incorporado
la física cuántica a sus clases en la universidad y hacia 191510 relatividad. Diseñó el plan para la red telefónica
cotalona en 1915 Y estuvo trabajando en la red de ferrocarriles secundarios de Cataluña.
Estos científicos emprendieron una tarea de difusión de la teoría de la relatividad entre los profesionales con for-
mación científica (ingenieros, profesores de instituto, farmacéuticos, médicos, etc.), es decir, crearon un público
interesado por el tema e hicieron posible la venida de Einstein a España en marzo del 1923, organizando su viaje
y su estancia (sobre todo, Terrados, Cabrera y el matemático Julio Rey Pastor). Además, formaron a la generación
siguiente de físicos, entre los que hay que destacar los siguientes:
Julio Palacios (1891 - 1970). Estudió con Terrados y con el premio Nobel Kamerling Onnes en Leiden en 1918, donde
llevó a cabo investigaciones sobre bajas temperaturas, tema que no pudo proseguir en España por falta de insta-
laciones adecuadas. Hizo contribuciones teóricas destacadas, una de las cuales mereció ser publicada por Wien
en 105Annalen der Physick. Tuvo un gran conocimiento de la física cuántica y una admiración temprana por la
teoría de Einstein, que contrasta con la obcecación antirrelativista de sus últimos años.
Arturo Duperier (1896-1954). Estudió con Cabrera y debió exiliarse a Londres en 1939, donde trabajó en el Imperial
College. Fue un experimentador notable que ideó procedimientos para localizar y estudiar rayos cósmicos, disci-
plina que después pasaría a ser la física de partículas elementales. Volvió a Madrid en 1953, y su equipa miento
científico tuvo grandes dificultades burocráticas para entrar en el país.
Miguel Ángel Catalán (1894-1957). Investigó sobre espectroscopia atómica con Fowler en Londres el 1920-21,
donde descubrió 105multipletes del manganeso. Sommerfeld conoció sus investigaciones durante un viaje a Ma-
drid en 1922 y de aquí resultó una beca Rockefeller, que condujo a Catalán al laboratorio de Sommerfeld en Múnich
de 1923 a 7925. Al volver al laboratorio de investigaciones físicas en Madrid le acompañó K. Bechert, para proseguir
105trabajos sobre espectroscopia.
44 FISICA y QUfMICA. COMPLEMENTOS DE FORMACiÓN DISCIPLINAR
Sin embargo, la guerra civil y la derrota de la República por el franquismo provocaron otro colapso económico y
cultural (ciencia incluida). Hasta 105años cincuenta no se recupera el nivel de vida anterior a la guerra. Al comienzo
de la guerra se exilio n algunos científicos, como Severo Ochoa. Por otro lado, entre muertos en la guerra y en la
posguerra (ejecuciones) y unos 300.000 exiliados se llega casi a un millón de bajas, de donde el 80% corresponde
a 105 republicanos, muchos científicos y profesores (Cabrera, Duperier, Del Río, etc.). Los que no se van son encar-
celados, y 105cuerpos docentes, depurados (Catalán, Moles, etc.). La ciencia y la tecnología se resentirían durante
decenios de estas pérdidas, así como de la hostilidad franquista de 105años cuarenta hacia la ciencia moderna.
La recuperación empezó con el desarrollismo de la década de 105sesenta y, como el cambio tecnológico no se podía apo-
yar en el desarrollo autónomo, vistas las escasas inversiones en investigación y desarrollo (/+D) realizadas por el régimen
franquista, se basó en la importación de tecnología. Por ello, en 1980 encontramos que sólo se invertía en 1+0 un 0,4% del
Producto Interior Bruta (PIB).A pesar de haberse realizado un gran esfuerzo en la última década, donde se ha pasado a un
0,9% del RIB,aún nos encontramos muy lejos del2% del PIBen 1+0, que es la media de 105países del OCDE (por ejemplo, Ale-
mania invierte un 2,85%, Francia un 2,33%, Reino Unido un 2,29%, Japón un 2,87%, EE.UU.un 2,77%, Italia un 7,32%,etc.).
Cuestiones
1. A la vista de lo que se ha expuesto, ¿crees que es cierto el tópico de que «el suelo español es infértil para la
ciencia», como alguien ha dicho?
2. ¿Qué políticas parecen aconsejables para conseguir un cierto nivel de desarrollo científico y tecnológico?
Comentarios sobre la actividad para el profesorado
Los objetivos de esta actividad son destacar las contribuciones de los científicos españoles ylas relaciones as en la
historia. Se dirige a estudiantes de 17 a 18 años. Adaptada de Solbes y Tarín (1996).
El texto presenta una de las etapas más fructíferas de la ciencia hispánica, junto a la Ilustración y el siglo xv. Su consideración
quiere contribuir una vez más a la des mitificación de que aquí no se ha producido nunca ciencia de nivel europeo. Las cir-
cunstancias socioeconómicas y las estructuras políticas han contribuido a hacer de diferentes épocas momentos más o menos
propicios para el libre desarrollo de la actividad de investigación científica. Se trata, pues, de una actividad para reflexionar
sobre las complejas interacciones as en la historia de nuestro país. Cuando se han dado las condiciones favorables, como en
las generaciones de la 11República, los científicos españoles han estado al máximo nivel de la ciencia europea.
HISTORIA DE LA FfSICA y ENSEÑANZA DE LA FfSICA 45
Ejemplo 4. Petite Curie
lee y comenta el texto siguiente, a partir de las cuestiones que se plantean al final.
Lasbombas alemanas cayeron en París el2 de septiembre de 1914, alrededor de un mes después de que Alemania
declarara la guerra a Francia. En ese momento la construcción del Instituto de Radio ya había finalizado, aunque
Marie Curie no había trasladado su laboratorio allí. El trabajo del Instituto de Radio debería esperar tiempos de
paz. Pero M. Curie encontró maneras de utilizar su conocimiento. Propuso la creación de instalaciones móviles
de radiología, que transportaron 105 aparatos de rayos X al frente de batalla y ayudaron a 105 médicos a encontrar
balas, metralla y huesos rotos en 105 soldados heridos. Para ello, convenció al gobierno francés para que instalara
losprimeros centros militares de radiología de Francia ya las tiendas de automóvil para que transformaran 105
cochesen furgonetas que equipó con material radiológico móvil. EI31 de octubre de 1914, el primero de 105 veinte
vehículos de radiología que equipó estaba listo. Se propuso poner su Petite Curie en funcionamiento lo antes posi-
bley, por si existía alguna necesidad, aprendió cómo conducir un coche, anatomía, el uso del equipo de radiografía
y mecánica del automóvil.
Como primera ayudante radiológica eligió a su hija Irene. Acompañadas por un doctor militar, la madre y la hija
hicieron su primer viaje al frente de batalla en el otoño de 1914. Después de la guerra, el gobierno francés reconoció
el trabajo de Irene concediéndole una medalla militar.
Madre e hija no podían utilizar las veinte estaciones móviles de radiografía que ella había establecido, ni las doscien-
tas unidades inmóviles. Antes de 1916, Marie había empezado a entrenar a mujeres como ayudantes radiológicas
ofreciendo cursos en las técnicas necesarias en el Instituto del Radio.
1.Busca información sobre la vida de Marie Curie. ¿Qué dificultades tuvo que superar para poder licenciarse en
físicas?¿Por qué es tan mundialmente famosa 7
2.Valora su tarea de creación de un servicio radiológico.
3. ¿Qué papel juegan los rayos X en medicina 7
4. Busca información sobre otros métodos de diagnóstico, como la RMN o la TEP.
Comentarios sobre la actividad para el profesorado
los objetivos de esta actividad son: ciencia y género, responsabilidad social de los científicos y las científicas y con-
tribución de la ciencia a las necesidades sociales (salud). Se dirige a estudiantes de 16 a 18 años.
EnPolonia y en la mayoría de los países europeos, incluido el nuestro, las universidades no admitían mujeres en esos
tiempos. Por eso trabajó y ahorró durante ocho años, envió a su hermana a estudiar Medicina en París y la siguió
en 1891. Su fama se debe a que es la primera mujer que recibió un premio Nobel y sólo otra mujer, Marie Goeppert
Mayer, ha recibido otro de Física. También es la primera persona que ha sido premiada por segunda vez con el Nobel
(el de Química en 1911). Sólo otras tres personas comparten el mérito de haber recibido dos premios Nobel (Linus
Pauling, el de Química en 1945 y el de la Paz en 1963; John Bardeen, los de Física en 1956 y 1972, Y Frederick Sanger,
los de Química de 1958 y 1980).
La resonancia magnética nuclear (RMN) se basa en el hecho de que los núcleos de hidrógeno (protones), por su
espín, se comportan como pequeños imanes que se orientan en la dirección de un campo magnético aplicado,
y al hacerla emiten ondas de radio que, analizadas por un ordenador, proporcionan imágenes. El hidrógeno en el
46 FlslCA y QUfM1CA. COMPLEMENTOS DE FORMACIÓN DISCIPLINAR
organismo humano abunda en el agua, y por eso la RMN permite distinguir entre tejidos blandos con diferentes
proporciones de agua, como los normales y los cancerosos, o la materia gris y blanca del cerebro. Actualmente se
denomina imagen de resonancia magnética (lRM), como una muestra más del rechazo social a lo nuclear.
Una aplicación reciente de los mismos es la tomografía de emisión de positrones (TEP), basada en inyectar glucosa
con flúor-18, isótopo que emite positrones, que se aniquilan con los electrones de la materia emitiendo rayos en
direcciones opuestas que permiten localizar el punto del cuerpo desde el cual se han emitido. Como las células
cancerosas consumen mucha energía, acumulan glucosa, por lo que la TEP no tiene rival en la detección del cáncer.
También detecta enfermedades del cerebro como el Alzheimer o el Parkinson. Tanto la IRM como la TEP permiten
estudiar zonas con actividad neuronal asociadas con determinadas conductas, siendo la base del estudio del cerebro
y las ciencias cognitivas.
Conclusiones y perspectivas
En líneas generales podemos concluir que, si la falta de interés y la actitud poco favo-
rable hacia las ciencias de los estudiantes estuviera motivada en parte por una visión
ahistórica de las ciencias tal como se imparte habitualmente, que les muestra una imagen
sesgada de la naturaleza histórica de la ciencia y su evolución, habría que modificar
dicha imagen mediante la introducción adecuada de diversos aspectos extraídos de lahistoria que muestren de qué manera se han producido los conocimientos científicos y
en qué contexto social e histórico han surgido las diferentes teorías científicas, así comola influencia social que tuvieron en su época y en la actualidad. Uti I izando en claseactividades semejantes a las mostradas anteriormente con muchos grupos de alumnos
entre 15 y 18 años, se ha comprobado que este enfoque histórico aumenta el interés de
los alumnos (Solbes y Traver, 2001 y 2003). Así, un 64,4% de los estudiantes que han
utilizado estos materiales valora muy positivamente la enseñanza recibida. También, en
los cursos de profesorado donde se han mostrado estas actividades, la valoración positiva
sobre su utilización en las clases ha sido el resultado habitual, si bien se han mostrado
algunas dificultades que puede plantear su uso, desde el escaso bagaje histórico sobre la
física que tiene el profesorado de esta materia hasta la compleja gestión del tiempo que
se debe realizar en los cursos de educación secundaria obligatoria (ESO) y bachilleratoactualmente.
No obstante, creemos que en la formación del profesorado los aspectos didácticos que com-porta el uso de la historia deberían ser una prioridad por las indudables ventajas que su co-
nocimiento comporta en la mejora de la tarea docente. Diversos autores (Izquierdo y otros,
2006; Matthews, 1994) coinciden en esta apreciación, por lo que creemos que el papel dela historia y también el de la filosofía de la ciencia deberían estar cada vez más integrados
en la didáctica de la Física.
HISTORIA DE LA FISICA y ENSEÑANZA DE LA FrSICA 47
investigacióndidáctica ha puesto de manifiesto el carácter motivador de los aspectos bis-ricos(Izquierdo, 1994; Matthews, 1994; Solbes y Traver, 2001), en particular de una histo-
ia contextualizada que muestre las relaciones de la ciencia con la tecnología y la sociedad.
fn estalínea, a diferencia de las historias de la ciencia narradas sólo desde una perspectivacientífica, las historias más recientes de la ciencia (Bowler y Morus, 2005; Sánchez Ron,
2006;Kragh,2007), combinan esta aproximación, con una perspectiva social e institucional.
Por eso, además de los roles mencionados anteriormente, pensamos que la historia de la
cienciapuede contribuir a contrarrestar el reciente incremento de valoraciones negativas de
la ciencia que existen en la sociedad (Dunbar, 1999; Elías, 2008; Solbes, 2002).
la historia de la ciencia también puede favorecer, junto a la educación CTS, el cambiode valores o axiológico (Hodson, 1994; Solbes, 1999), e incluso la argumentación de losestudiantes (Jiménez-Aleixandre, 2010), ya que ésta se ve favorecida cuando se plantean
en clase cuestiones controvertidas relacionadas con las ciencias (Solbes, Ruiz y Furió,
2010). Estecambio axiológico y actitudinal, con todas las dificultades que conlleva, se
puedefavorecer trabajando en el aula aspectos históricos y culturales de la ciencia (Sol-bes,2002 y 2009) como los siguientes:
• Losvalores de la ciencia y su contribución a la racionalidad han destruido mitos, hancambiado la visión del mundo (Copérnico, Calileo) y han proporcionado un espíritu
crítico frente a cualquier tipo de fundamentalismo y pseudocientificismo (como la
astrología, la ufología, el creacionismo o diseño inteligente). No hay que olvidar que
durante siglos las ciencias nos han liberado de numerosos prejuicios y pueden seguir
haciéndolo (por ejemplo, los descubrimientos en el genoma humano ponen de mani-fiesto que no existe ninguna base científica para el racismo).
• Un ejemplo de la responsabilidad social de los científicos y las científicas es su
movilización contra el uso bélico de la ciencia, que pone en peligro no sólo la paz
entre las naciones, sino la subsistencia de la especie humana en la Tierra. Muchas
de sus investigaciones han puesto de manifiesto, pese a la oposición de multinacio-
nales o gobiernos, algunos de los graves problemas que nos afectan, las «verdadesincómodas» (el deterioro medioambiental, el agotamiento de recursos, el cambio
climático antrópico, la explosión demográfica, etc.), y nos han hecho conscientes de
cómo se puede contribuir a solucionarlos (tecnologías y energías alternativas, con-trol de natalidad, etc.).
FUENTES Y RECURSOS
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Monografía de la revista Alambique dedicada a la naturaleza y la historia de la ciencia. Abre
el monográfico un artículo de Merce Izquierdo, "Relación entre la historia y la filosofía dela ciencia y la enseñanza de las ciencias», de gran interés para relacionar historia, filosofía
y enseñanza de las ciencias.
y Colección Científicos para la Historia. Madrid: Nivola
Colección de biografías sobre científicos escritas con rigor y honestidad. Entre los físicosencontramos a Galileo, Hooke, Copérnico y Kepler, Faraday, Franklin, Oersted y Arnpere,J.j. Thomson, Bohr, Planck y Heisenberg .
./ FECYT (2005). La huella de Einstein. Semana de la Ciencia 2005. Madrid: Fundación Espa-
ñola de Ciencia y Tecnología.
~Unidad didáctica, publicada por la FECYT con motivo del año internacional de la Física,
sobre la vida y la obra de Einstein.
V HOL TON G. (2004). Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas, Barcelona:
Reverté.
Excelente libro de texto de física, que presenta los conceptos y las teorías a través de su evo-
lución histórica. Este libro inspiró las secuencias de actividades del proyecto "Física Faraday»
(Grup Recerca-Earaday, 1982).
,/ MARCO, B. (1992). Historia de la ciencia. Los científicos y sus descubrimientos. Madrid:
MEC-Narcea.
Textos y actividades para alumnos de 12 a 14 años y de 14 a 16 años, y guía didáctica parael profesorado. Contiene textos de Galileo, Newton y Franklin.
SfeC (2008). La naturalesa i la historia de la ciencia a I'educació secundaria.
Sesión del Seminario de Formación para la Enseñanza de las Ciencias (SfeC) de 19 de marzo
de 2009. CDEC. Barcelona. Disponible en línea en: <phobos.xtec.catlcdec/images/stories/
WEB_antiga/formacio/pdf/sfece/08-09/5_nachist.pdi>. Puede descargarse un documento en
PowerPoint que contiene amplia información sobre recursos TIC para la historia de la ciencia.
Societat Catalana d'Historia de la Ciencia i de la Técnica (SCHT). Curso telemático "Ciencia
i Técnica a través de la historia» para el profesorado de ciencias. Barcelona: Generalitat de
Catalunya (Departamento de Educación).
Aborda los siguientes temas de historia de la física: El cambio químico y la electricidad: Gal-
vani, Volta y Faraday; La radioactividad: Curie y Rutherford; El universo; La cosmología griega
HISTORIA DE LA FfSICA y ENSEÑANZA DE LA FfSICA 49
y laastronomía china; La revolución de los cielos: Copérnico y Galileo; La cuantificación del
universoy su origen; Las interacciones en la materia; Electricidad y magnetismo: Coulomb
y Faraday;Caída libre y tiro vertical: Galileo y Nevvton; El peso del aire: Torricelli y Pascal.Disponible en línea en: <www.xtec.eslformaciotic/dvdformacio/materials/tdcdec/index.html>.
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