Fisica y Quimica. Complementos de Formacion

FORMACIÓN DEL PROFESORADO. EDUCACIÓN SECUNDARIA

FÍSICA Y QUÍMICA QUÍMICA

Complementos de formación disciplinar Aureli Caamaño (coord.) Aureli Caamaño, Daniel Gil, Miguel Ángel Gómez Crespo, María Sagrario Gutiérrez Julián, Mercè Izquierdo, Josep Enric Llebot, María Jesús Martín-Díaz, Àngel Àngel Messeguer, Messeguer, Emilio Pedrinaci, Ana Rivero, Jordi Solbes, Solbes , Manel Mane l Traver raver,, Amparo Vilches, Ana María Marí a Wamba Wamba

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Vol. I

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 Coeditan

MINISTERIO DE EDUCACIÓN Secretaría de Estado de Educación y Formación Profesional Instituto de Formación del Profesorado, Investigación e Innovación Educativa (IFIIE) © Secretaría General Técnica Catálogo de publicaciones del Ministerio: educacion.es Catálogo general de publicaciones oficiales: publicacionesoficiales.boe.es EDITORIAL GRAÓ, de IRIF, S.L. C/ Hurtado, 29. 08022 Barcelona www.grao.com

© Aureli Caamaño (coord.), Aureli Caamaño, Daniel Gil, Miguel Miguel Ángel Gómez Crespo, María Sagrario Gutiérrez Julián, Mercè Izquierdo, Josep Enric Llebot, María Jesús Martín-Díaz, Àngel Messeguer, Emilio 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.ª 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 Gràfiques Canigó, S.L. Impresión: BIGSA Impreso en España Quedan rigurosamente prohibidas, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción o almacenamiento total o parcial de la presente publicación, incluyendo el diseño de la portada, así como la transmisión de la misma por cualquiera de sus medios tanto si es eléctrico, como químico, mecánico, óptico, de grabación o bien de fotocopia, sin la autorización escrita de los titulares del copyright .

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ÍNDICE Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1. Naturaleza de la ciencia ciencia y construcción del conocimiento científico, Ana Rivero y Ana María Wamba. Wamba. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 El concepto restringido y simplificador de ciencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 La concepción inductivista induct ivista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 La visión descontextua descontextualizada lizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 La visión acumulativa y de crecimiento lineal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 La concepción objetiva objetiva y verdadera verdadera del conocimiento conocimiento científico científico . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Una ciencia neutra, sin ideología ideol ogía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Una visión visión individualista individualista y elitista elitista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Una propuesta de enseñanza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Actividades/Fuentes y Recursos/Referencias Recursos/Referencia s bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Jordi Solbes y Manel Traver. Traver . . . . . . . . . . 35 2. Historia de la física y enseñanza de la Física, Física, Jordi Roles de la historia de la física en la enseñanza de la Física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Ejemplos de actividades con un enfoque histórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Conclusiones y perspectivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Fuentes y Recursos/Referencias Recursos/Referencia s bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3. Historia de la química química y enseñanza de la Química, Química, Mercè Mercè Izquierdo. Izquierdo . . . . . . . . . . . . . . 53 Para enseñar una disciplina se ha de identificar lo más básico y representativo de ella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Empecemos por el principio: principio : la Antigüedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 ¿Hasta dónde alcanza el poder de transformar la materia? De la Edad Media al Renacimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Lo que vale es lo que puede hacerse: empieza la tradición de las sustancias, en la Edad Moderna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Los profesores de química del siglo XIX y la industri industriaa química química . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 El siglo de los átomos… y los retos actuales: el respeto por el medio ambiente. . . . . . 63 ¿Qué nos dice la historia a los profesores? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Actividades/Fuentes y Recursos/Referencias Recursos/Referencia s bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Josep Enric Llebot . Llebot . . . . . . 75 4. Fronteras del conocimiento y de la investigación investigación en física, física, Josep La búsqueda de la clave clav e del universo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 El dilema de la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 La investigación sobre el clima c lima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

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FÍSICA Y QUÍMICA. COMPLEMENTOS DE FORMACIÓN DISCIPLINAR

Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Actividad/Fuentes y Recursos/Referencias Recursos/Re ferencias bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5. Fronteras del conocimiento y de la investigación investigación en química, química, Àngel Àngel Messeguer . Messeguer . . . . 89 La investigación química en función de su utilidad: energía, medio ambiente y salud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 La investigación química químic a y la curiosidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Actividades/Fuentes y Recursos/Referencias Recursos/Referencia s bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Daniel Gil y Amparo Vilches . . . . . . . . . . . 101 6. Problemas ambientales y sostenibilidad, sostenibilidad, Daniel Una situación de emergencia emergenci a planetaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 La construcción de un futuro sostenible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Recapitulación y perspectivas perspec tivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Fuentes y Recursos/Referencias Recursos/Referencia s bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 7. Las ciencias en la ESO desde la perspectiva de la alfabetización científica, María científica, María Jesús Martín-Díaz, María Sagrario Gutiérrez Julián y Miguel Ángel Gómez Crespo . Crespo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 ¿Cómo se puede caminar hacia hac ia la alfabetización científica? cie ntífica? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 El currículum de Ciencias de la naturaleza y de Física y Química en la educación secundaria obligatoria en España . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Las competencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Contextualización de algunas a lgunas actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Actividades/Fuentes y Recursos/Referencias Recursos/Referencia s bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Caamaño . . . . 14 8. La Química en el bachillerato: por una química en contexto, Aureli contexto, Aureli Caamaño . 1499 Aprendizaje y enseñanza de Química en los años ochenta: el método del descubrimientoo orientado y la aproximación histórica mient histórica a la evolución de los conceptos . . . . . . . .150 . 150 Las concepciones alternativas de los estudiantes, las dificultades conceptuales conceptu ales de la química y los modelos modelos científicos científicos escolares . . . . . . . . . . . . . . . . 151 El enfoque Ciencia-Tecno Ciencia-Tecnología-S logía-Sociedad: ociedad: química química en contexto . . . . . . . . . . . . . . . . 152 La década del 2000: vaivenes iniciales, contextos context os y competencias . . . . . . . . . . . . . . 153 El currículo currículo actual de Química del primer primer curso de bachillerato bachillerato en España España . . . . . . . 153 El currículo currículo actual de Química del segundo segundo curso de bachillerato bachillerato . . . . . . . . . . . . . . 156 El currículo currículo de Química en Cataluña Cataluña . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Análisis crítico del currículo de Química del bachillerato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 A modo de conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Actividades/Fuentes y Recursos/Referencias Recursos/Referencia s bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

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9. La Física en el el bachillerato: bachillerato: por una física más atractiva, Jordi atractiva, Jordi Solbes . Solbes . . . . . . . . . . . . 171 El abandono de la Física en el bachillerato y sus causas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Análisis del currículo de Física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Algunas propuestas propuestas para para desarrollar desarrollar el currículo currículo de Física Física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 ¿Cómo reducir reducir el exceso exceso de formalismo? formalismo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 ¿Qué experimentos o experiencias experie ncias y qué relaciones CTS se pueden p ueden incluir? . . . . . . . 183 ¿Cómo mejorar la evaluación? evaluación ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Actividades/Fuentes y Recursos/Referencias Recursos/Referencia s bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Pedrinaci. . . . 195 10. Las Ciencias para el mundo contemporáneo en el bachillerato, Emilio Pedrinaci. Una materia materia necesaria necesaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 ¿Qué características tiene el currículo de Ciencias para el mundo contemporáneo? contemporán eo? . . 198 Ideas y propuestas para el desarrollo de las Ciencias para el mundo contemporáneo contempo ráneo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Un desarrollo desarrollo útil para para todos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 ¿Qué pueden aportar las Ciencias para el mundo contemporáneo al alumnado de diferentes modalidades? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 ¿Qué pueden aportar las Ciencias para el mundo contemporáneo al alumnado de la modalidad modalidad de Ciencias? Ciencias? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Actividades/Fuentes y Recursos/Referencias Recursos/Referencia s bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN Aureli Caamaño Coordinador Física y Química. Complementos de formación disciplinar forma forma parte de la colección Formación del Profesorado. Educación Secundaria, que pretende contribuir a la formación permanente del profesorado de educación secundaria, tanto en los procesos de actualización docente como en la puesta en marcha del Máster de Secundaria, que habilita para el ejercicio de la docencia. Los contenidos de la especialidad se estructuran en tres volúmenes.

Este primer volumen aborda la naturaleza de la ciencia, la historia de la física y de la química, los desarrollos recientes en estas disciplinas y sus campos de aplicación, los problemas ambientales y la sostenibilidad, y el currículo actual y el enfoque didáctico más apropiado de las materias de Física y Química en la educación educac ión secundaria obligatoria y en el bachillerato, bachillera to, así como de la asignatura de Ciencias para el mundo contemporáneo. El segundo, Didáctica de la Física y la Química, trata de las cuestiones clave que plantea la enseñanza de estas disciplinas: la diferencia entre ciencia y ciencia escolar, la competencia científica y la competencia profesional, las diferentes tipologías de secuencias didácticas, la elaboración de modelos, la argumentación, la educación dialógica, los trabajos prácticos investigativos, la tecnología digital en la enseñanza de la Física y la Química, y la evaluación. El tercer volumen, Física y Química. Investigación, innovación y buenas prácticas, que presenta ejemplos de unidades didácticas y proyectos de Física y Química innovadores, experiencias e investigaciones, trabajos prácticos con sensores y equipos de captación de datos, trabajos de investigación, y orientaciones para el diseño de unidades didácticas. Por tratarse de una especialidad que engloba dos disciplinas, la Física y la Química, y teniendo en cuenta que la formación inicial de los futuros profesores de secundaria es, por lo general, la del grado en una de las disciplinas, es evidente que Física y Química. Com es un volumen de gran importancia para completar la plementos de formación disciplinar es formación de los futuros profesores de Física y Química. Sin embargo, este libro no puede suplir por sí solo todos los conocimientos y las capacidades que se aprenden a lo largo de un grado, sea de Física o de Química. Por lo tanto, los estudiantes del Máster de Secundaria de esta especialidad han de ser conscientes de que deben realizar un esfuerzo continuado para mejorar su formación en la disciplina que no hayan estudiado en su formación inicial, tanto en sus aspectos conceptuales y experimentales como en los relativos a la evolución de los conceptos y las teorías a lo largo de la historia.

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Además, en el caso de los dos primeros cursos de la educación secundaria obligatoria (ESO), los contenidos de Física y Química forman parte de la asignatura de Ciencias de la naturaleza, en la que también son necesarios unos conocimientos básicos de Biología y Geología. Esta necesidad de una formación científica más generalista se hace también evidente en el currículo de la asignatura de Ciencias para el mundo contemporáneo, contemporáneo, que se imparte en el primer curso de bachillerato. Los tres volúmenes correspondientes a la especialidad de Biología y Geología, publicados en esta misma colección, pueden ser, en este sentido, de gran ayuda. A continuación se describen brevemente los contenidos de cada uno de los capítulos. «Naturaleza de la ciencia y construcción del conocimiento científico» cien tífico» constituye la temática abordada en el primer capítulo de este libro. Ana Rivero y Ana María Wamba destacan que el conocimiento científico debe deb e ser en la actualidad parte esencial de la cultura personal de los ciudadanos, para que puedan interpretar la realidad con racionalidad y libertad, y disponer de argumentos para tomar decisiones. Para ello, consideran que es necesario conocer qué es la ciencia, cuál es la metodología que emplea, cuáles son sus principales resultados y, además, cuáles son las consecuencias de sus descubrimientos descubrimien tos y aplicaciones, a qué intereses sirven, qué proyecto humano subyace en ellas, por qué cauces deberían discurrir en el futuro y otras cuestiones. Critican la imagen –inductivista y descontextualizada– de la ciencia, que a veces se fomenta en las escuelas, y subrayan la necesidad de una enseñanza de la ciencia que ofrezca una visión más actualizada de la naturaleza de la ciencia. «Historia de la física y enseñanza de la Física» es el tema del segundo capítulo, escrito por Jordi Solbes y Manel Traver. Estos autores consideran consideran que la intro introducción ducción de aspectos históricos permite mostrar una imagen de la física más próxima a la manera como se construyen los conocimientos científicos, a cómo evoluciona la ciencia en su contexto socio-histórico y a las repercusiones sociales que tienen los avances científicos; todo lo cual mejora la actitud de los alumnos frente a esta materia de estudio y su interés por participar en el proceso de enseñanza-aprendizaje. A continuación proponen una serie de actividades de diferente tipología: unas incluyen biografías de científicos y científicas, acompañadas de cuestiones para la reflexión del alumnado; otras seleccionan 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 la evolución de determinadas controversias científicas; por último, otras hacen referencia a etapas cruciales de la historia de la actividad científica en España, como los siglos XVI, XVIII y principios del XX, para mostrar las circunstancias favorables y los obstáculos que encontraron muchos científicos españoles de renombre en dichas épocas. Mercè Izquierdo propone en el capítulo «Historia de la química y enseñanza de la Química» que: (…) saber química es más que saberse un libro: es ver la química en el mundo, es compartir unas preguntas que no tienen una respuesta definitiva y es saber actuar de una manera determinada. Es

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pasar a participar de una historia h istoria con futuro fut uro y, por ello, ello , nada mejor m ejor que conocer la historia histo ria de la la disciplina, que muestra cómo se llegaron a establecer los conocimientos actuales (…). Y dejarse inspirar por ella para poder reformular en clase los razonamientos que justificaron la emergencia de las entidades químicas básicas con las que se explica actualmente el cambio químico.

Con esta perspectiva, la autora describe cómo surgieron los conceptos fundamentales de la química a través de la historia, y sostiene que conocer las dificultades, los errores y las disputas en la génesis de las ideas químicas hace al profesor más comprensivo con las dificultades de aprendizaje de sus alumnos. Por último, propone algunas actividades basadas en la historia de la química. La física del siglo XX se ha caracterizado por un gran progreso, tanto desde el punto del conocimiento como desde el punto de vista de la tecnología. Ha sido el siglo de la mecánica cuántica, la energía nuclear, los aceleradores de partículas, el transistor, el láser, la materia oscura, la energía oscura y el Big Bang y de múltiples dispositivos que permiten ver lo más intrincado de la materia y detectores que sondean el universo y el planeta con detalle. Josep Enric Llebot nos cuenta en el capítulo «Fronteras del conocimiento y de la investigación en física» cómo la investigación en física ha sido uno de los pilares en los que se ha centrado el progreso científico y tecnológico de los siglos XIX y XX, y predice que los dos temas que modularán el progreso de la física durante el siglo XXI serán probablemente la búsqueda de un mejor aprovechamiento de la energía y de nuevas fuentes de energía, así como el conocimiento de las características más intrincadas de la materia. Àngel Messeguer, en el capítulo «Fronteras del conocimiento y de la investigación en química», nos dice: Aun siendo siendo controvertida controvertida en ciertos ciertos ambientes, ambientes, la química química es la ciencia fundamental relacionada con la realidad perceptible, la del día a día. Si uno analiza su entorno, se dará cuenta de que «todo es química». De aquí que, en un mundo cada vez más intercomunicado y globalizado, los problemas de la sociedad requieran soluciones donde la química, sea en su vertiente más tecnológica o en la de suscitar nuevas ideas científicas, pueda aportar contribuciones positivas y relevantes. Como s ucedió a lo largo de los siglos

XIX y y XX ,

los químicos continúan enfrentándose a los los retos que la sociedad y la

propia ciencia química química les les han planteado. Por ello la investigación, investigación, sea básica o aplicada, ha seguido seguido avanzando durante la primera década de este nuevo siglo y lo seguirá haciendo, empujada por dos motivaciones: la utilidad y la curiosidad.

A partir de estas dos motivaciones, el autor estructura el capítulo para dar cuenta de los retos actuales de la investigación química: el estado sólido, la conciencia, la estructura íntima del agua, el cambio climático, el cáncer, los mundos de lo muy pequeño o de lo que sucede muy rápido…

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Daniel Gil y Amparo Vilches, en el capítulo «Problemas ambientales y sostenibilidad», abordan el estudio de un conjunto de problemas ambientales estrechamente relacionados y que se potencian mutuamente, con una enorme incidencia en nuestras vidas y en el futuro de la humanidad, y analizan las medidas concebidas para su tratamiento. De acuerdo con estas ideas, desarrollan el capítulo atendiendo en primer lugar a cuáles son las características del proceso de degradación ambiental y qué comportamientos comportam ientos individuales y colectivos están asociados a la situación de emergencia planetaria. En segundo lugar, desarrollan cómo habría de ser la construcción de un futuro sostenible, utilizando la sostenibilidad como como concepto básico unificador de las medidas que se requiere adoptar (medidas científico-tecnológicas, educativas y políticas). Por último, realizan una recapitulación y proponen acciones concretas que se puedan desarrollar a lo largo del curso orientadas a implicar a la comunidad escolar en la construcción de un futuro sostenible. María Jesús Martín-Díaz, María Sagrario Gutiérrez Julián y Miguel Ángel Gómez Crespo, en el capítulo «Las ciencias en la ESO desde la perspectiva de la alfabetización científica», analizan los currículos de la ESO desde este punto de vista. Consideran que la aparición del término «alfabetización científica» es el resultado de un replanteamiento de la finalidad de la educación científica: ¿para qué enseñar ciencia a los ciudadanos?, ¿es la ciencia un aprendizaje que deben acometer todos o sólo una parte de los mismos? Las respuestas a estas preguntas, en definitiva, decidir cuál es la finalidad de la educación, es la guía que dirige la toma de decisiones en el resto de cuestiones de la enseñanza: ¿qué capacidades desarrollar?, ¿qué contenidos seleccionar?, ¿qué estrategias utilizar?, utiliz ar?, ¿qué actividades diseñar?, etc. Para analizar los currículos de Ciencias de la ESO clasifican los contenidos en tres categorías: contenidos académicos acad émicos o disciplinares, contenidos relevantes para la vida personal y contenidos relevantes para la vida social. Finalmente, abordan el concepto de competencia científica y ofrecen algunos ejemplos de actividades contextualizadas. La enseñanza de Química en la educación secundaria ha experimentado cambios importantes en las últimas décadas, motivados, por un lado, por las nuevas tendencias en la enseñanza de las ciencias, fruto de los resultados de la investigación didáctica y de los proyectos de innovación, y, por otro, por los cambios curriculares y estructurales que han supuesto los procesos de reforma de los sistemas educativos. Aureli Caamaño, en el capítulo «La Química en el bachillerato: por una química en contexto», considera brevemente la evolución de la enseñanza de Química en las últimas décadas, y presenta y analiza el currículo actual de Química del bachillerato en España, a través de un análisis de los contenidos y los criterios de evaluación, y de una valoración de la importancia concedida a los contenidos desde la perspectiva Ciencia, Tecnología, Sociedad (CTS) y al trabajo práctico indagativo. La pregunta final que se hace es si será posible en el futuro la elaboración de diseños curriculares de Química más claramente comprometidos comp rometidos con un enfoque en contexto,

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tal como el que se ha adoptado recientemente en Portugal o en el proyecto Salters Advanced Chemistry en el Reino Unido, entre otros países. Jordi Solbes analiza en «La Física en e n el bachillerato: por una física más atractiva» las l as causas de la disminución de alumnos que estudian Física, que atribuye a una enseñanza de una física aislada del entorno, sin relaciones CTS, poco útil, sin temas de actualidad, sin apenas trabajo práctico, y con clases aburridas y poco participativas, además de la dificultad de la propia disciplina. A continuación, realiza un análisis del currículo de la Física actual considerando los objetivos, los contenidos –clasificados en conceptuales, procedimentales y sobre la naturaleza de la ciencia, y CTS– y los criterios de evaluación. Finalmente, realiza una serie de propuestas para la mejora del currículo de Física, tales como la reducción del formalismo, el incremento del trabajo experimental y la introducción de temas CTS y de actividades sobre procedimientos y naturaleza de la ciencia, así como la mejora de la evaluación. Cierra este volumen el capítulo de Emilio Pedrinaci «Las Ciencias para el mundo contemporáneo en el bachillerato». El autor se plantea las cuestiones siguientes: ¿qué características tiene el currículo de Ciencias para el mundo contemporáneo?, co ntemporáneo?, ¿no resulta redundante con el currículo de Física y Química y el de Biología y Geología de bachillerato?, ¿tiene sentido que sea el mismo para los estudiantes de la modalidad de Ciencias que para los de las modalidades de Artes y Humanidades?, ¿cómo podemos desarrollarlo de modo que resulte interesante y útil para unos y otros? Concluye que una formación como la que se propone en esta asignatura proporciona a los estudiantes de la modalidad científica una mejor perspectiva de la ciencia frontera, una visión más clara de la utilidad social del conocimiento científico y de la conveniencia de establecer ciertos controles sociales y tiempo para analizar problemas científicos y dedicarles la atención que se merecen, sin los condicionantes de los extensos programas de las materias de la modalidad.

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1. NATURALEZA DE LA CIENCIA Y CONSTRUCCIÓN DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO

CONTENIDO DE CAPÍTULO

• El concepto restringido y simplificador de ciencia • La concepción inductivista • La visión descontextualizada • La visión acumulativa y de crecimiento lineal lineal • La concepción objetiva y verdadera del conocimiento científico • Una ciencia neutra, sin ideología • Una visión individualista individualista y elitista elitista • Una propuesta de enseñanza

Ana Rivero Universidad de Sevilla Ana María Wamba Universidad de Huelva Empecemos por una obviedad: la ciencia tiene una importante presencia e importancia en nuestra vida cotidiana. En el siglo XXI ya nadie lo pone en duda. Está presente en acontecimientos y conversaciones, y es un elemento básico para nuestro desarrollo y bienestar. No es extraño, por ejemplo, que vayamos a comprar y la etiqueta de un determinado alimento nos informe de que se trata de un transgénico, que su calidad ha sido comprobada «científicamente» y que tengamos que tomar la decisión de si comprarlo o no. O que nos veamos involucrados en un debate sobre qué tipo de energía debemos priorizar en la situación actual –donde parece cada vez más claro que el petróleo no va a poder satisfacer por mucho tiempo las demandas de las sociedades desarrolladas–, si la nuclear o las llamadas energías alternativas (solar, eólica, etc.). O que, yendo más allá, tengamos que valorar si queremos

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buscar energías para mantener el mundo desarrollado, tal como lo conocemos actualmente, o queremos cambiar el modelo de desarrollo de nuestro mundo. La ciencia, por tanto, ha dejado deja do de ser un asunto que compete exclusivamente exclusivam ente a los especialistas para convertirse en patrimonio y responsabilidad de todos. El conocimiento científico debe ser en la actualidad parte esencial de la cultura personal, que permita a los ciudadanos interpretar la realidad con racionalidad y libertad, y disponer de argumentos para tomar decisiones (Castaño y otros, 2006). Para ello, es necesario conocer qué es la ciencia, cuáles son sus principales resultados y la metodología empleada, y además, cuáles son las consecuencias de sus descubrimientos y aplicaciones, a qué intereses sirven, qué proyecto humano subyace en ellas, por qué cauces deberían discurrir en el futuro y otras cuestiones vinculadas a las necesidades e intereses de los sistemas sociales y culturales. Como plantean Godin y Gingras (2004; citado en López Cerezo y Cámara, 2005, p. 35): No podemos considerar científicamente culto a un individuo cuyo receptáculo cerebral reservado a la ciencia sólo albergue un inventario de datos, a modo de registro enciclopédico de preguntas y respuestas. Es necesaria la reflexión, la integración y la explotación crítica de esa información, formar juicios independientes sobre asuntos controvertidos relacionados con la ciencia, ser conscientes de los interrogantes éticos y desafíos ambientales que plantean las nuevas fronteras de la ciencia y tecnología, hacer frente con éxito a la superstición, etc.

Es decir, hay que formarse en ciencia y sobre la ciencia. Es imprescindible abordar aspectos epistemológicos, históricos, ideológicos, etc. en la formación científica. Son numerosos los contextos en los que se puede desarrollar una cultura científica de los ciudadanos del tipo que estamos defendiendo defendiendo,, pero es el ámbito educativo, educativo, sin lugar a dudas, el que no puede eludir este reto. Y no se trata de un reto sencillo. Partimos de cierto desinterés de los estudiantes por la ciencia, puesto de manifiesto en el descenso en el número de ellos que escogen en el bachillerato opciones científicas. Además, nos encontramos que, según la Segunda Encuesta Nacional sobre Percepción Social de la Ciencia y la Tecnología de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT, 2005), la mayor parte de los españoles valora negativamente la formación científica y tecnológica recibida en la escuela: sólo un 10% de las personas entrevistadas reconoce haber recibido en los centros de enseñanza un nivel de conocimientos científicos que califica de alto o muy alto, frente a un 65,5% que declara haber recibido una educación científica que califica de baja o muy baja. De manera que el desarrollo de la cultura científica que necesitamos requiere de cambios profundos profun dos en la enseñanz en señanzaa de las ciencias ci encias, desde la educación infantil hasta la formación del profesorado, y en muy diferentes ámbitos, como intentan inferir los informes PISA. En nuestro caso, intentaremos aportar un grano de arena a uno de ellos, el relacionado con la imagen de y sobre la ciencia que se fomenta en las escuelas y la necesidad de complejizar y actualizar dicha imagen. Somos conscientes de que abordamos un asunto complejo, pues

NATURALEZA DE LA CIENCIA Y CONSTRUCCIÓN DEL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO

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no existe consenso entre los especialistas acerca de qué es ciencia y qué no lo es, y cómo se construye este conocimiento, lo que no desmerece el interés que puede tener para el profesorado conocer los debates y el desarrollo que se están produciendo en este campo. Chalmers critica el hecho de que, para muchos: (…) Las teorías científicas se derivan, de algún modo riguroso, de los hechos de la experiencia adquiridos mediante la observación y la experimentación. La ciencia se basa en lo que podemos ver, oír, tocar, etc. Las opiniones y preferencias personales y las imaginaciones especulativas no tienen cabida en la ciencia. La ciencia es objetiva. El conocimiento científico es un conocimiento fiable porque es conocimiento objetivamente probado. (Chalmers, 1994, p. 11)

Esta concepción de la ciencia, muy arraigada en la mente de gran parte de la población, ha sido cuestionada por autores como Popper, Kuhn, Lakatos, Feyerabend o Morin. Este último expresa: Es cierto que la misión casi vital de la ciencia hasta finales del siglo XIX fue fue eliminar lo incierto, lo indeterminado, lo impreciso, la complejidad, para poder controlar y dominar el mundo a través del pensamiento y por la acción. Ahora bien, esta ciencia no ha conducido a la clave determinista universal, sino a la problemática fundamental de la incertidumbre, de la indeterminación, de la imprecisión, de la complejidad. La ciencia nueva –scienza nuova– en gestación es aquella que trabaja, negocia con el alea, lo incierto, lo impreciso, lo indeterminado, lo complejo. (Morin, 1984, p. 127)

Muchos autores y numerosas investigaciones han puesto de manifiesto que la imagen sobre la ciencia que se fomenta en la escuela es ajena totalmente a estos debates. Predomina, en cambio, una visión unidimensional y coincidente con planteamientos propios del conocimiento común o cotidiano y bastante alejada de las aportaciones aportacion es más actuales de la filosofía y la epistemología de la ciencia. Como plantean Fernández y otros (2005), si se quiere cambiar lo que los profesores y los alumnos hacemos en las clases de ciencias, es preciso previamente previ amente modificar la epistemología de los profesores. Y aunque poseer concepciones válidas acerca de la ciencia no garantiza que el comportamiento docente sea coherente con dichas concepciones, constituye, al menos, un requisito indispensable. En este capítulo vamos a presentar pues, las aportaciones que consideramos más relevantes para caracterizar la naturaleza del conocimiento científico, y dado que nos dirigimos a futuros profesores, lo haremos en relación a las concepciones más habituales que se transmiten en la escuela y que creemos imprescindible mejorar, siguiendo, en parte, las señaladas por Fernández y otros (2005).

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El concepto restringido y simplificador de ciencia Desde principios del siglo XX hemos tenido a nuestra disposición un concepto de ciencia conocido como concepción heredada (Hempel, 1973), según el cual la ciencia es un conocimiento teórico que se obtiene básicamente mediante el método científico hipotético-deductivo a partir de la experimentación (Izquierdo, 2000). De esta forma, es «el método» (en el que destaca el papel de la experimentación) el elemento que da estatus al conocimiento elaborado. Un ejemplo que ilustra esta afirmación es la declaración de Pearson: La unidad de toda ciencia consiste sólo en su método, no en su contenido. El hombre que clasifica hechos, sean del tipo que sean, que observa su relación mutua y describe sus secuencias, está aplicando el método científico y es un hombre de ciencia. (Pearson, 1900, p. 12)

Esta idea, que todavía podemos detectar de manera explícita o implícita en numerosas situaciones educativas, ha ido cambiando profundamente a lo largo de los últimos cien años en el campo epistemológico, a partir de diversas aportaciones realizadas desde la sociología de la ciencia, la historia de la ciencia, el lenguaje, las ciencias de la comunicación y la propia epistemología. Por ejemplo, Sommerville (1941) ridiculizaba tal concepción de ciencia con su brillante ejemplo de la Paraguología, en el marco del cual llegó a enunciar varias leyes utilizando «el método científico»: • Ley de Variación del Color según Propiedad por Sexo (los paraguas pertenecientes a mujeres tienden a ser de una gran variedad de colores, mientras mien tras que los pertenecientes a hombres son casi siempre negros). • Leyes de la Propiedad Individual de una Pluralidad de Paraguas y de la Propiedad Plural de Paraguas Individuales (la interrelación se presenta, en la primera ley, en razón casi directa con el ingreso anual, y en el segundo, en una relación inversa casi perfec ta con dicho ingreso). • Ley de la Tendencia a la Adquisición de Paraguas en Tiempos Lluviosos. Es evidente que la concepción heredada no es suficiente, pero no es fácil elaborar una concepción alternativa que satisfaga a todos. De hecho, es muy difícil, en cualquier foro en el que se intente, llegar a una definición consensuada de ciencia, entre otras cosas porque existen numerosas «ciencias». No poseen las mismas características la física (donde, por ejemplo, el uso de modelos formales y muy abstractos tiene gran significado), que la paleontología (de marcado carácter carác ter descriptivo), o la ecología (donde el objeto de estudio e studio se refiere a varios niveles de organización de la materia y a una gran variedad de propiedades emergentes y donde es tan relevante el estudio de las partes –análisis– como la comprensión del todo –síntesis–), por no referirnos a las tecnologías, a las ciencias sociales o al conjunto de nuevas ciencias que están surgiendo como integración de otras previas (ciencias ambientales, de la salud, etc.).


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En efecto, como señalan Castaño y otros (2006), son numerosas las definiciones que podemos encontrar, algunas caracterizadas caracteriz adas por su amplitud, otras mucho más restringidas. Al primer grupo pertenecen, entre otras, la propuesta por Collinwood (2007) (ciencia es cualquier conocimiento sistemático de la realidad), en la que tienen perfecta cabida tanto las ciencias formales (matemáticas (matemáticas y lógica) y naturales (física, (física, química, biología…), biología…), como las sociales soci ales (economía, sociología, antropología, historia…), y las denominadas por Dilthey (1986) ciencias del espíritu (filosofía, arte…). En el segundo grupo, de carácter más restrictivo, se encuentra la definición propuesta por la UNESCO en 1999: El término ciencia ha pasado a referirse a las ciencias naturales, en el sentido anglosajón, e incluye las matemáticas, la física, la astronomía y cosmología, la química, la biología, las ciencias de la tierra y el medio ambiente. Se incluye también la medicina por el estrecho contacto entre la ciencia contemporánea y la medicina. Las disciplinas tecnológicas también dependen sustancialmente de las ciencias naturales. Además de sus procedimientos específicos utilizan conocimientos científicos para alcanzar sus objetivos. (UNESCO, 1999)

Pero, además de preguntarnos acerca de los tipos de saberes que se incluyen o no en la ciencia, nos interesa profundizar en las características de este tipo de conocimiento. A este respecto, Izquierdo (2000) recoge las aportaciones de Giere (1988), según el cual las teorías científicas deben tener significado en el mundo. Es decir, lo fundamental de las teorías científicas no es su estructura formal, sino que permitan interpretar conjuntos de fenómenos, de modo que siempre tengan una dimensión práctica y n unca sean meros formulismos. Ziman (1986) nos amplía la perspectiva, llamando nuestra atención acerca de que la ciencia posee múltiples dimensiones. Por un lado, es un conjunto de conocimientos c onocimientos organizados fruto de la investigación, pero además, presenta una dimensión social: es una institución que necesita medios materiales y un factor importante en materia de asuntos humanos, pues puede resolver problemas y proporcionar beneficios materiales, estableciendo conexiones instrumentales con la tecnología (igual que para otros muchos autores, ciencia y tecnología aparecen como un todo, dando lugar a la llamada tecnociencia). Por último, es también un tema educacional. La ciencia es algo más que pensamiento e ideas, es una actividad y una construcción social y, como tal, resulta compleja, determinada por la sociedad en la que se desarrolla y difícil de describir (Izquierdo, 2000; Jiménez-Ale Jimén ez-Aleixand ixandre re y Otero, O tero, 1990). Echeverría (2002) ha centrado también su análisis en la práctica científica, más que en el conocimiento científico o tecnocientífico en sí mismo, aportando un punto de vista muy interesante. Manifiesta que la ciencia no es sólo investigación, sino que, además de ser enseñada, difundida y comunicada, ha de ser evaluada. En este último contexto de evaluación es donde se sitúa lo que el autor denomina axiología de la ciencia. Para él, si queremos com-

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prender la ciencia ya no es suficiente la epistemología, necesitamos además la axiología, es decir, el sistema de valores que justifica las actuaciones en el ámbito científico. En definitiva, planteamos que es necesario modificar la visión tan restringida que a veces transmitimos de la ciencia como aquel conocimiento de carácter teórico que se elabora utilizando «el» método científico de carácter experimental , para tener en cuenta, al menos: las relaciones indisolubles entre ciencia y tecnología y la dimensión práctica de los modelos teóricos, la diversidad y complejidad de las prácticas científicas y, por tanto, de los métodos utilizados, las relaciones entre la ciencia y los contextos e instituciones sociales en que se elaborara y aplica, y el sistema de valores en el que se inserta la actividad científica.

La concepción inductivista La ciencia nació bajo la premisa de que el universo está regido por leyes universales que se pueden encontrar y formular. Así como los antiguos filósofos (entre los que debemos destacar a Aristóteles) intentaron conocer el mundo mediante su pensamiento pensamie nto racional, Bacon, al que seguramente podemos considerar el primer filósofo que teorizó sobre la ciencia experimental, puso el énfasis en la necesidad de observar la naturaleza como forma de acceder a las leyes que la gobiernan. Este énfasis en la observación, como contraposición a la posición anterior, condujo a la visión positivista del conocimiento y del método científico, basado en el razonamiento inductivo. Según el inductivismo, es la observación sistemática y desapasionada de los fenómenos de la realidad lo que permite acceder al conocimiento. A partir de esta observación se generan enunciados observacionales que constituyen la base para formular las leyes, principios y teorías que articulan el conocimiento científico. Para ello es necesario disponer de un número de observaciones suficientemente grande y que hayan sido realizadas en una amplia variedad de condiciones. Aunque las visiones inductivistas sobre la ciencia han sido abandonadas por los especialistas, es seguramente esta perspectiva la que con mayor frecuencia nos podemos encontrar en situaciones escolares, tanto en el pensamiento del profesorado, como en el del alumnado, e incluso en los mismos libros de texto. Por ejemplo, no es extraño encontrar en un libro de texto simplificaciones reduccionistas que presenten el trabajo científico como siguiendo un método únsico, cerrado, específico para las ciencias de la naturaleza, ob jetivo jet ivo y exacto, basado en la observación, la formulación de hipótesis, la experimentación y la extracción de conclusiones, y que «permiten a los científicos ir descubriendo los secretos de la naturaleza» (AA.VV., 2000, p. 9).


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Sin embargo, el inductivismo contiene numerosas limitaciones . La primera de ellas, relacionada con el número de observaciones que podemos considerar suficientes, la pone en evidencia Bertrand Russell, según cita Chalmers: Este pavo descubrió que, en su primera mañana en la granja avícola comía a las 9 de la mañana. Sin embargo, siendo como era un buen inductivista, no sacó conclusiones precipitadas. Esperó hasta que hubo recogido una gran cantidad de observaciones del hecho de que comía a las 9 de la mañana e hizo estas observaciones en una gran variedad de circunstancias, en miércoles y en jueves, en días fríos y calurosos, en días lluviosos y soleados. Cada Cad a día añadía un nuevo enunciado observacional observ acional a su lista. Por último, su conciencia inductivista se sintió satisfecha y efectuó una inferencia inductiva para concluir: siempre como a las 9 de la mañana. Pero ¡ay! Se demostró de manera indudable que esta conclusión era falsa cuando, la víspera de Navidad, en vez de darle la comida le cortaron el cuello.

(Chalmers, 1994, pp. 28-29)

La segunda es la presunción de que la observación puede ser imparcial e independiente del observador , de sus teorías, intereses, experiencias previas, estados de ánimo, etc. Pero la historia de la ciencia nos muestra numerosos ejemplos de que esto no es así. Veamos sólo uno de ellos, el que nos relata Hecht (1987) en relación con el descubrimiento de Neptuno: John Couch Adams y Rubain Leverrier predijeron, por separado, la localización de Neptuno a mediados del siglo XIX. Previamente, James Challis, director del observatorio de Cambridge, que tenía a su disposición las predicciones de Adams, rechazó la existencia de este planeta y aunque sus registros y anotaciones de las observaciones que realizó durante todo el verano demostraban que «vio» cuatro veces a Neptuno e incluso percibió su disco aparente, hizo caso omiso de lo que había visto. Y la tercera, es la propia concepción de que lo que observamos es exactamente la realidad . Así, Richard Gregory (R.G.), profesor emérito de Neuropsicología de la Universidad de Bristol, nos señala en esta conversación con Eduard Punset (E.P.) (2004) que, a veces, nuestras percepciones nos engañan: «E.P.: —No —No sé si existe algo más importante que tener una percepción correcta del mundo en que se vive. Y sin embargo, invertimos una ridiculez (…) en investigar si es correcta la imagen imag en que tenemos de los objetos que nos rodean, y sobre todo, de cómo la obtenemos. ¿A ti qué te parece? R.G.: —Creo —Creo que es completamente cierto. El cerebro efectúa muchas suposiciones y obtiene pequeñas imágenes de los ojos, pero eso no basta. El problema radica en que las imágenes que recibe el ojo no se corresponden en absoluto con los objetos que está mirando; no son idénticos idén ticos.. Por ejemplo, si miramos una mesa intuimos que es sólida y fuerte, y que podemos poner cosas encima; pero el cerebro tiene que adivinar que se trata de una mesa sólida y fuerte. El cerebro imagina un objeto real a partir de una imagen del ojo tan pequeña como un sello de correos. Me parece increíble que podamos pasar de una pequeña imagen al sentido de la realidad del mundo. Y, por supuesto, no siempre sale bien. (pp. 458-459) (…)

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E.P.: —En —En cierto modo, pues, cuando obtenemos imágenes de los objetos del exterior, el cerebro elabora una hipótesis sobre qué es ese objeto y entonces se pone a prueba, contrastándola con los sentidos, ¿verdad? R.G.: —Sí, —Sí, yo creo que la percepción es una hipótesis. El problema es que la percepción debe trabajar de forma muy rápida, en una décima de segundo, por lo que la comprobación no es muy exhaustiva». (Punset, 2004, p. 465)

Por todo ello, en contraposición a los enfoques empiro-inductivistas, se ha desarrollado lo que se ha venido a llamar nueva filosofía de la ciencia. En ella, se debe mencionar como uno de sus primeros exponentes a Karl Popper (1934, 1963), que defiende que toda observación se hace desde el marco de alguna teoría. Así, se supone que la ciencia no está centrada en elaborar inferencias teóricas metodológicamente correctas, sino en construir libremente hipótesis provisionales en relación a los problemas planteados para, posteriormente, someterlas a un riguroso proceso de falsación o refutación mediante procedimientos experimentales (Porlán, 1995). El conocimiento científico se caracterizaría, pues, por la posibilidad de ser falsado mediante el experimento o la observación, y sólo las afirmaciones falsables deben ser admitidas como científicas. Por ejemplo, no es científica la afirmación «los ángeles no tienen sexo», pues es una hipótesis que no se puede contrastar. A pesar de la indudable aportación que supuso el falsacionismo popperiano a la filosofía de la ciencia, sus propuestas fueron también cuestionadas posteriormente. Por ejemplo, Chalmers decía: Las teorías no se pueden falsar de modo concluyente, porque los enunciados observacionales que sirven de base a la falsación pueden resultar falsos a la luz de posteriores progresos. (Chalmers,

1994, p. 93)

Como nos hace notar este autor, Popper cayó en la trampa de utilizar nuevamente la observación y la experimentación como base fundamental para la aceptación o no de las teorías científicas, cuestión que se había criticado duramente en el positivismo previo. Quizás el autor más importante que hizo tambalearse en primer lugar a la perspectiva de Popper, fue Thomas Kuhn. Este autor publicó en 1962 su polémica obra The Structure of Scientific Revolutions que, valga la redundancia, revolucionó la filosofía tradicional de las ciencias. Kuhn paradi adigma gma, que concibe como un conjunto de creencias, valores y técnicas aporta el concepto de par compartidos por una comunidad científica (Campanario, 2002), de manera que la ciencia se caracterizaría más por los paradigmas de la comunidad científica que por su unidad metodológica (Porlán, 1995). Es, por tanto, la primera vez que claramente se cuestiona la observación y la experimentación como mecanismos comunes y básicos de la producción científica. También Lakatos (1978) pone en entredicho las propuestas de Popper, argumentando que las teorías científicas no se someten a falsación, sino que se protegen de ella. Para este autor,


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programas mas de invest investigació igaciónn, que constan de un conlas teorías se articulan en forma de progra junto de d e hipótesis hipó tesis generale ge neraless (núcleo (núcle o central, centr al, que no n o se cuestiona cue stiona)) y unas hipóte h ipótesis sis auxiliaauxi liares, supuestos subyacentes y enunciados observacionales (cinturón protector), que puede n modificarse, pero sin alterar lo esencial.

Pero, sin duda, la perspectiva más contrapuesta al inductivismo es claramente la de Feyerabend (1975). Según este autor, si analizamos históricamente la producción del llamado conocimiento científico, nos damos cuenta de que existe una gran diversidad de enfoques, métodos y estrategias en las distintas investigaciones. Feyerabend asegura que los científicos eligen sus estrategias dependiendo de los objetivos de su trabajo, de manera que es imposible establecer reglas de validez universal. Podemos resumir su posición con su frase más conocida: todo vale, exponente de lo que él mismo denomina anarquismo metodológico. En definitiva, no hay una única opción que cuente con el consenso de filósofos y epistemólogos acerca de cómo se produce el conocimiento científico, sino que se reconoce problemas mas como la existencia de diversos enfoques y estrategias. Quizás el papel de los proble motor de la investigación sea el único aspecto que goce de mayor aceptación entre las distintas tendencias, pero la importancia de la observación, la experimentación, las hipótesis, el diseño de experiencias, las teorías previas, la deducción lógica, la creatividad, la invención, la comunicación de las investigaciones investigacio nes y sus resultados, etc., es un asunto más controvertido.

La visión descontextualizada Con frecuencia nos referimos a contenidos científicos sin establecer ninguna relación con el contexto en el que fueron elaborados: los problemas a los que se intentaba responder, los medios técnicos de los que se disponía, las preocupaciones de la época, etc. A veces lo hacemos así porque creemos que la ciencia es independiente del medio en el que se desarrolla. Cuando esto ocurre en el ámbito educativo, provoca que los contenidos aparezcan como arbitrarios y, por tanto, con muy poco sentido para los estudiantes. En efecto, a los estudiantes les puede ocurrir algo parecido a lo que les ocurrió a las respectivas comunidades científicas de la época cuando Newton, Wegener o Mendel expusieron sus teorías. Fue necesario que transcurrieran siete u ocho décadas para que se aceptara la teoría de Newton sobre la gravitación universal, o medio siglo para que se admitiese la teoría de Wegener de la deriva continental, o más de treinta años hasta que se redescubrieron las leyes de Mendel sobre la herencia.

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La resistencia a la introducción de estas teorías novedosas, en el caso de Mendel, por ejemplo, tuvo mucho que ver con el hecho de que sus investigaciones no respondían a problemas relevantes de su época. Giordan y De Vecchi (1988) explican que entonces se buscaba cómo se transmitían los caracteres de la especie con el fin de encontrar pruebas de la teoría de la evolución, y no los individuales. Mendel, relatan los autores citados, mantuvo una correspondencia abundante y continuada, desde 1866 a 1873, con una autoridad científica de su tiempo, el profesor Nageli de Viena, y no llegó a convencerlo, a pesar de que utilizó numerosos argumentos y pruebas. Así que Nageli ha quedado para la posteridad como el gran biólogo que no pudo comprender el mendelismo, aunque tuviera el inestimable privilegio de que se lo explicara Mendel en persona. Pero la visión descontextualizada no provoca sólo problemas didácticos de falta de relevancia o sentido del contenido, sino probl problemas emas relacionados con la propi propiaa disciplina disciplina, pues fomenta la imagen de que la ciencia elabora los conocimientos de una vez tal como lo conocemos actualmente, sin reconocer su carácter progresivo y tentativo. Por ejemplo, aunque hoy parece evidente el mecanismo de la fecundación (la unión de un óvulo y de un espermatozoide dan lugar a la formación de un zigoto), pasaron 200 años entre el descubrimiento del espermatozoide y la comprensión de su papel en la fecundación (Giordan y De Vecchi, 1988). En definitiva, es necesario adoptar una visión más contextualizada de la ciencia, que nos permita comprender mejor cómo se ha elaborado el conocimiento, en respuesta a qué problemas, enfrentándose a qué dificultades, etc., y también, por supuesto, que nos permita reconocer las limitaciones del conocimiento científico actual y las perspectivas futuras. Y, por último, comprender a nuestros estudiantes y sus dificultades.

La visión acumulativa y de crecimiento lineal Ésta es otra visión bastante presente en el ámbito educativo. Se trata de presentar o fomentar la idea de que el conocimiento científico crece crec e por acumulación sucesiva de nuevas teorías, sin tener en cuenta los complejos procesos de cambio que han tenido lugar en el desarrollo del conocimiento científico (Estany, 1990). Pero ¿cómo cambia el conocimiento científico? Según Kuhn (1962), el desarrollo de una disciplina dada se caracteriza por períodos de ciencia normal y períodos de revolución científica. Durante los primeros, los científicos resuelven problemas en sus respectivas áreas mejorando la articulación y coherencia interna del paradigma. En estos casos, pueden predominar los cambios de tipo acumulativo. Pero, a veces, no es posible resolver algunos problemas dentro del paradigma dominante, lo que da lugar a anomalías o datos que no encajan. Por ejemplo, es una anomalía para la teoría del Big Bang sobre el origen del universo, el dato publicado con carácter divulgativo por Cayetano López en El País (López, 1994),


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acerca de que el uso de mediciones nuevas de la constante de Hubble sugiere la hipótesis de que el universo tiene entre 7.000 y 11.000 millones de años, demasiado pocos para la teoría establecida. Pues bien, si estas anomalías se acumulan y llegan a afectar a los aspectos fundamentales del paradigma, surge un período de crisis. Si, además, en este proceso se gesta progresivamente un paradigma rival, riva l, es decir, otro punto de vista general alternativo al existente, se da una revolución científica. En los períodos revolucionarios, el paradigma preexistente es sustituido por un nuevo paradigma. Es preciso llamar la atención acerca de que esta sustitución es algo más que un mero cambio de teoría, ya que se remueven los principios más profundos; cambian las estrategias de investigación y en definitiva, cambia la cosmovisión que predominara hasta ese momento. Pensemos, por ejemplo, en la revolución que supuso para la biología la presentación de la teoría de la evolución de Charles Darwin, que modificó la perspectiva global fijista sobre el mundo que predominaba hasta entonces, por un punto de vista de cambio y evolución. El alcance de este cambio conduce, según Kuhn, a que esos paradigmas sean inconmesurables. Además, y este es quizás el aspecto más discutido del punto de vista de este autor, afirma que el cambio de paradigma ocurre sin tener en cuenta criterios racionales, es decir, sin que haya argumentos lógico-formales que demuestren la superioridad de un paradigma sobre otro, sino gracias a factores tales como la desaparición de los científicos con prestigio y poder académico que sostenían las teorías vigentes, o la capacidad de persuasión de los proponentes del nuevo paradigma. Es posible pues que, según la perspectiva de Kuhn, la teoría del Big Bang siga vigente aún porque no existe un paradigma rival, pues desde luego acumula cierto número de anomalías, entre otras la que acabamos de citar. Por su parte, Lakatos, como ya señalamos en el apartado anterior, explica que los programas de investigación se resisten al cambio. Ahora queremos añadir que eso no significa que Lakatos no admita que el cambio realmente se produce, pero sólo si se cumplen tres criterios: 1. La nueva teoría debe explicar todo lo que explicaba la teoría anterior. 2. La nueva teoría debe tener un exceso de contenido empírico con respecto a la teoría anterior, es decir, la nueva teoría debe predecir hechos nuevos que la teoría anterior no predecía. 3. La nueva teoría debe ser capaz de orientar a los científicos para que puedan comprobar empíricamente una parte al menos del nuevo contenido que ha sido capaz de predecir (Campanario, 2002). En términos de Lakatos, explicaríamos que la teoría del Big Bang sigue vigente porque no existe otro programa de investigación que explique lo mismo que el Big Bang, que prediga hechos nuevos que ésta no puede (quizás, por ejemplo, si el universo se va a contraer co ntraer o continuará expandiéndose) y que oriente el trabajo científico en otra dirección más productiva.

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Nos parece muy relevante, por último, la propuesta de Toulmin (1977) acerca de cómo cambia el conocimiento. Para este autor, en cualquier momento hay suficiente cantidad de personas creativas que mantienen un conjunto de innovaciones que entran en competencia intelectual con otras ya establecidas. Algunas variantes resultarán elegidas y se incorporarán al acervo de conocimientos, y otras serán olvidadas (Porlán, 1995). En este punto, Toulmin discrepa de Kuhn, pues, para el primero, en la elección de unos conocimientos u otros sí se pueden detectar criterios racionales, con el fin de encontrar las mejores soluciones a los problemas teóricos o prácticos de cada población conceptual. Es decir, el desarrollo de una disciplina tendría su origen en problemas no resueltos que plantean unas exigencias intelectuales o prácticas no satisfechas. La aparición de nuevos conceptos por procesos de selección es ejercido por la propia comunidad científica afectada, en aras de un mejor servicio a la disciplina en cuestión (Campanario, 2002). Según la perspectiva de Toulmin, los cambios pueden ser rápidos o lentos, de mayor o de menor calado, pero siempre son parciales y sometidos a la selección crítica de la comunidad intelectual. Se trata, por tanto, de una perspectiva gradualista respecto al cambio de las teorías científicas. En cualquier caso, utilizando la perspectiva de Toulmin, parece que no disponemos de suficientes variantes entre las que seleccionar una teoría mejor que la que tenemos para explicar el origen del universo, aunque au nque es muy probable que estas teorías cambien cambie n y no será simplemente un cambio lineal y acumulativo.

La concepción objetiva y verdadera del conocimiento científico En coherencia con creencias expuestas anteriormente, nos encontramos esta otra, de importante presencia en el ámbito educativo: el conocimiento científico es objetivo y verdadero. Efectivamente, si el conocimiento científico es el que se elabora siguiendo detalladamente los pasos de «el» método científico, en el que predominan la observación «pura» y la experimentación, el resultado debe ser objetivo y verdadero. Pero, como hemos visto en el apartado «La concepción inductivista», la observación no es siempre independiente del observador. De hecho, es posible que la observación altere incluso el hecho observado, como establece el Principio de Incertidumbre propuesto en 1927 por Heisenberg o como defiende la Escuela de Coopenhague, con Bohr al frente: Las entidades subatómicas, como por ejemplo los electrones, no poseen existencia real; existen en un limbo probabilístico probabilístico de muchos estados superpuestos posibles hasta que se ven forzados a un estado único por el acto de la observación. Los electrones o fotones pueden hacer de ondas o partículas, según la manera como se observen experimentalment experimentalmente. e. (Citado por Horgan, 1998, p. 111)


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Por otro lado, como hemos visto en el apartado «La visión acumulativa y de crecimiento lineal», no podemos tener seguridad de que no aparezcan nuevos datos o interpretaciones que modifiquen lo que el conocimiento científico ha dado por válido en una época determinada, por tanto, es difícil considerarlo verdadero . Por ejemplo, ¿es verdadero que el sistema solar está compuesto por ocho planetas? ¿O era verdad cuando estaba establecido –hace casi nada– que eran nueve los planetas del Sistema Solar? Además, ¿puede considerarse «verdadero» algo en un mundo caótico, como el nuestro? Formamos parte de un universo complejo, conformado por numerosos sistemas también complejos, con diferentes niveles de organización imbricados entre sí y, según la teoría del caos: Aquellos Aquel los sistemas sistemas dinámicos dinámicos que puedan puedan ser descrit descritos os por ecuacione ecuacioness cuyas variabl variables es se encuentra encuentran n en una relación no lineal atraviesan durante su evolución por fases de comportamiento caótico impredecible debido a la sensibilidad que q ue poseen en las condiciones iniciales. (Luffiego y otros, 1994, p. 94)

De manera que, como plantea Ballenilla (2003), vivimos en un universo no predictible no sólo por su magnitud, como defendía Laplace, sino porque ello es una característica intrínseca a un universo complejo. Lo dicho anteriormente puede hacernos sentir un poco de vértigo: ¿No disponemos entonces de ninguna certeza en el ámbito científico (y, por ende, muchas menos en el ámbito cotidiano)? ¿Es todo relativo, como defendía Feyerabend? Recuperemos de nuevo la conversación de Punset y Gregory: «E.P.: —Sostienes —Sostienes que el cerebro no existe para hallar la verdad, sino para sobrevivir. R.G.: —Sí. —Sí. Las sociedades necesitan un acuerdo para trabajar colectivamente en la construcción de una casa o en la fabricación de utensilios de cocina. Se necesitan ideas preconcebidas para sobrevivir, creencias sociales que nos permitan llegar a una acción coordinada y pactada. Pero nada de eso guarda relación con la verdad absoluta». (Punset, 2004, pp. 469-470)

De manera que quizá no disponemos de verdades absolutas, pero sí de acuerdos válidos. Recordemos ahora a Toulmin, cuya aportación se sitúa justo en el centro de la polémica epistemológica entre absolutistas y relativistas. Este autor explicaba que, entre la variedad de ideas presentes en una población determinada, la comunidad implicada era la encargada de seleccionar las que consideraba más adecuadas. ade cuadas. Estos acuerdos de la comunidad son los que otorgan validez al conocimiento. El conocimiento científico aceptado actualmente es relevante, sea o no verdadero, porque ha conseguido poner de acuerdo a distintas subjetividades (conocimiento intersubjetivo) acerca de cuál es la mejor interpretación para explicar un fenómeno determinado (hasta que la propia comunidad cambie de opinión). Efectivamente, la actividad científica suele desarrollar determinadas prácticas donde acrisolar estos consensos, tales como la publicación de los resultados de las investigaciones en revistas y su presentación en congresos. Y, como según

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Hecht (1987), es casi tan divertido desprestigiar una teoría como desarrollarla, desarrolla rla, los errores no suelen pasar inadvertidos ni se pierde la oportunidad de confrontar unas opiniones con otras.

Una ciencia neutra, sin ideología A menudo se entiende la ciencia como una actividad neutra, que no está influida por la sociedad en la que se desarrolla, ni por intereses particulares, y cuyo máximo objetivo es la búsqueda de «la verdad». Sin embargo, existen ejemplos que ponen de manifiesto una visión diferente, en la que los criterios que guían la investigación están sesgados por estereotipos o arquetipos sociales. Por ejemplo, según relatan Jiménez-Aleixandre y Otero (1990), durante la primera mitad del siglo XX se consideraba que el número de cromosomas cromoso mas de la especie humana era de 48, puesto pue sto que se identificaban 24 diferentes y se suponía que cada uno debía tener su homólogo. La detección de 24 cromosomas diferentes no era un error. Provenía del hecho que las muestras (tomadas por equipos diferentes en lugares distintos) se tomaban únicamente en hombres, nunca en mujeres, bajo el supuesto implícito de que el varón era el arquetipo. Hubo que superar este prejuicio para llegar a los actuales 23 pares de cromosomas homólogos, que son así en las mujeres (donde los cromosomas sexuales son XX) y no exactamente en los hombres, que poseen 22 pares más los sexuales (XY), aunque considerados también un par homólogo. En el momento que aceptamos que la ciencia es una actividad humana (y, por tanto, sometida a condicionantes) y una construcción social (y, (y, por tanto, determinada por la sociedad en la que se desarrolla), tenemos que aceptar que es difícil que exista neutralidad neutralid ad en el desarrollo de la ciencia y que dicha neutralidad neut ralidad quizás no sea más que un mito (Quintanilla, (Quint anilla, 1978). Además, hay que tener en cuenta que, aunque no fuese la comunidad científica misma la que realizara los estudios o interpretara los resultados desde un punto de vista interesado, no es posible evitar que otros agentes sociales lo hagan. Por ejemplo, la bomba atómica no se podría haber construido sin conocimiento científico y tecnológico. De manera que seguramente es mucho mejor reconocer la influencia ideológica en la actividad científica que mirar hacia otro lado, pues sólo así estaremos en disposición de intentar controlarla. Una visión neutral de la ciencia nos impide valorar la influencia de los intereses particulares o generales en las investigaciones o las posibles consecuencias y repercusiones de los hallazgos científicos. Para Quintanilla, esta valoración no es asunto exclusivo de los investigadores, quienes actualmente son trabajadores asalariados, insertos en el proceso productivo y, por tanto, sujetos a presiones sociales. Por el contrario, la responsabilidad moral y política del científico y del técnico en la actualidad tiene que ver con una toma de conciencia concie ncia colectiva y política sobre el carácter de la ciencia y de d e los científicos en el conjunto de la sociedad. Por eso es también tan importante abordar este reduccionismo en la educación.


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Una visión individualista y elitista Otro aspecto importante que debemos considerar es cómo los conocimientos científicos aparecen a veces en los medios de comunicación, y también en nuestras aulas, como obra de inte rcambios entre equipos. genios aislados, ignorándose el papel del trabajo colectivo y de los intercambios Esta visión conduce a creer que los resultados obtenidos por un solo investigador o equipo pueden bastar para introducir una nueva teoría en el acervo científico, coincidiendo con la imagen de crecimiento lineal y acumulativo del conocimiento científico, que ya hemos discutido en otro apartado. A la vez, se ignoran los numerosos ejemplos que nos muestran la necesidad de realizar intercambios de datos e ideas para que las teorías se hagan más potentes y sean aceptadas ampliamente por la comunidad científica. Por ejemplo, en el siglo XVIII, los científicos, y entre ellos el gran químico francés Lavoisier, creían que el calor era un fluido ingrávido que llamaban calórico. Al poner en contacto un objeto caliente con otro frío, el calórico fluía desde el primero al segundo y ese flujo hacía que el objeto caliente se enfriara y que el frío se calentara. Rumford, sin embargo, estaba convencido de que el calor no era un fluido, sino una forma de movimiento (el calor provenía de pequeñísimos y rápidos movimientos de las partículas) y así lo defendió, pero el trabajo de Rumford quedó ignorado durante los cincuenta años siguientes, pues los científicos de la época se negaban a aceptar la idea de diminutas partículas que experimentaban un movimiento rápido y que nadie podía ver. Los estudios de Rumford no fueron valorados hasta que Maxwell formuló la teoría cinética de los gases, en la que propone que la temperatura de una sustancia aumenta al incrementarse la energía cinética de sus partículas por la absorción de calor. Pero para que Maxwell formulara su teoría y ésta fuese aceptada fueron imprescindibles los trabajos del matemático Bernouilli y sus estudios sobre los movimientos aleatorios de partículas en los gases junto con lo s realizados posteriormente por Dalton y su teoría atómica. Por último, no queremos dejar de aludir al estereotipo también extendido de que el trabajo científico es desarrollado por hombres especialmente inteligentes. Esta imagen elitista y sesgada respecto del género deja fuera de la ciencia a las mujeres (a pesar de las importantes aportaciones realizadas por muchas de ellas, como Madame Curie, Lynn Margullis, Margarita Salas, etc.) y a las confusiones científicas, así como a las numerosas investigaciones que han conducido a callejones sin salida. Si esta imagen se fomenta en el ámbito educativo, es fácil que desanime a los estudiantes a involucrarse en la ciencia y que conlleve ciertas discriminaciones en función del sexo. Pero, además, favorecerá una imagen reduccionista de la ciencia, como acabamos de ver. Es, pues, otra imagen que cabrá complejizar.

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Una propuesta de enseñanza Las visiones de la ciencia que hemos analizado caracterizan, caracteriza n, en su conjunto, una imagen global y con cierta coherencia de la ciencia, que diversos estudios muestran como bastante presente en el ámbito educativo. Como decíamos en la introducción, es necesario modificar dicha perspectiva sobre la ciencia, que consideramos reduccionista y simplificadora. Es una perspectiva insuficiente para dotar a las personas de la cultura científica que necesitamos en nuestro mundo de hoy. A lo largo del capítulo hemos intentado presentar argumentos que nos permitan poner en cuestión ciertas visiones que, a veces, nos parecen tan obvias, tan «de sentido común», que no se nos ocurre cuestionarlas. Pero nuestro interés ha sido animar a todos los futuros profesores y profesoras a lo contrario: a que cuestionen, a que duden, a que reflexionen, a que ensayen, a que sean creativos, a que contrasten sus opiniones con otras… y a que animen a sus estudiantes a hacer lo mismo. Para ello, hacemos una propuesta didáctica abierta (cuadro 1) que pretende facilitar el debate sobre la naturaleza de la ciencia en el aula de educación secundaria obligatoria. En ella incluimos: • Contenidos que consideramos relevantes incluir en este ámbito, así como los obstáculos que pueden aparecer en el pensamiento de los estudiantes en relación con cada uno de ellos. • Ejemplos de problemas (o preguntas o cuestiones) que pueden organizar el tratamiento de cada uno de los contenidos propuestos. Estas preguntas deben ser relevantes para el tratamiento de la materia y, a la vez, interesantes y con sentido para los estudiantes. • Fuentes de información diversas que pueden aportar perspectivas de interés para fomentar el debate. Cuadro 1. Consideraciones didácticas para la enseñanza de la naturaleza de la ciencia en el aula

CONTENIDOS/ OBSTÁCULOS

PREGUNTAS/PROBLEMAS/CUESTIONES

POSIBLES FUENTES

ORIENTATIVAS

DE INFORMACIÓN

El conocimiento cien- ¿La ciencia es cultura? tífico. ¿La astrología es una ciencia? ¿Puede avanzar la ciencia sin la tecnología? ¿Y la Obstáculos: • Visión restringida y tecnología sin la ciencia? estatus superior del ¿Han tenido la ciencia y la tecnología algo que ver conocimiento cien- con el cambio de los estilos de vida desde el de tífico (objetividad y nuestros padres al nuestro? veracidad). ¿La ciencia es la solución a todos los problemas • Confusión entre cien- medioambientales actuales? cia y seudociencia. ¿Es cierto todo lo «científicamente comprobado»?

Textos especializados especializados y divuldivulgativos. Noticias de prensa. Anuncios de productos de consumo.


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¿Cómo se construye el conocimiento científico? Obstáculo: visión inductiva, individualista y elitista.

¿Cómo es el lugar de trabajo de un físico teórico, el de un microbiólogo y el de un ecólogo? ¿Utilizó Einstein el «método científico» para desarrollar la teoría de la relatividad? ¿Qué papel tuvieron el azar, la observación, la formulación de preguntas, el conocimiento previo, la creatividad, la experimentación y la comunicación en la formulación de la teoría de la gravitación universal? ¿Tienen los hombres y las mujeres muje res los mismos condicionantes sociales y familiares para ser buenos investigadores? ¿Qué han aportado las mujeres a la ciencia? ¿Es importante para un investigador comunicar y compartir sus ideas e inquietudes con otros investigadores? ¿Por qué o para qué?

Textos especializados especializados y divuldivulgativos. Textos históricos en los que se relate una investigación. Textos autobiográficos sobre científicos, correspondenci correspondenciaa entre científicos, notas de laboratorio, etc. Libros de texto. Biografías de mujeres científicas. Centros de investigación (laboratorios, universidades, etc).

¿Cómo cambia el conocimiento científico? Obstáculo: visión acumulativa y lineal.

Cuando los científicos presentan una teoría nueva Textos especializados especializados y divuldivul¿está relacionada de alguna manera con teorías gativos. anteriores sobre la misma problemática? ¿Ocurre Libros de texto. siempre igual? ¿Son frecuentes los cambios en el conocimiento científico? ¿Qué cambios pueden ocurrir próximamente en el conocimiento científico?

Relación ciencia-sociedad. ¿Por qué fueron ignorados durante tanto tiempo Texto Textoss espec especializa ializados dos y divul divul-Obstáculo: descontex- los mecanismos de la herencia propuestos por gativos.Textos históricos y au-

tualización

Mendel? tobiográficos sobre científicos. ¿Por qué Darwin retrasó la presentación pública Noticias de prensa. de su teoría de la evolución por selección natural? ¿Por qué tanto empeño en ser los primeros en identificar el genoma humano?

Relación ciencia-ideología. ¿Contribuye la ciencia a la opresión o a la libera- Noticias en prensa relacionadas con explotación de recurObstáculo: neutralidad. ción de la humanidad?

¿En qué tipo de investigaciones se gastan nuestros impuestos en mayor proporción y en cuáles se deberían gastar? ¿Por qué tanta prisa por conocer el origen del SIDA y tanto retraso en resolver la malaria? ¿Por qué son tan altos los presupuestos dedicados a la investigación armamentística y tan escasos los que contribuyen a alcanzar la paz? ¿Por qué se cuestiona la investigación sobre las células madres?

sos naturales, con armamento, nuevos descubrimientos. Extractos de novelas. Informes sobre reparto presupuestario de los gobiernos.

Se pueden encontrar otras propuestas didácticas en artículos y monografías monografí as sobre la enseñanza de la naturaleza de la ciencia (Solomon, 1992; Caamaño, 1996; Marco, 1996; Pedrinaci, 1996; Burden, Hunt y Millar, 2006).

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ACTIVIDADES Actividad 1

La teoría del flogisto

Desde siempre, los fenómenos de combustión y de calcinación de los metales, tan asociados a los procesos de la metalurgia, constituyeron temas centrales centrales de de la experimentación química. El médico médico y químico alemán Georg Ernst Stahl (1660-1734) creó una teoría para explicar estos fenómenos, la teoría del flogisto, que tendría t endría una gran repercusión en la interpretación de los fenómenos químicos durante el siglo XVIII. Como tareas, te sugerimos las siguientes: • Busca información sobre el contenido de esta teoría. • Explica, mediante la teoría del flogisto, por qué se apaga la vela y por qué pesa menos. menos. Para investigar el papel del aire en la combustión de una vela, se acostumbra a realizar el siguiente experimento: «Se tapa una vela encendida con un vaso y al cabo de un rato se observa que la vela se apaga. Si pesamos la vela antes y después de estar encendida comprobamos que pesa menos». • Explica los mismos hechos con la teoría de la combustión de Lavoisier. • ¿Cuáles fueron los hechos que más importancia tuvieron en el cambio de paradigma para explicar la combustión? El gran problema de la teoría del flogisto fue la observación cuantitativa de que los metales ganaban peso al ser calcinados en presencia pr esencia del aire, cuando de acuerdo con la teoría debían perder, ya que se desprendía flogisto.

Actividad 2

Aspectos de la naturaleza de la ciencia

El proyecto «Science in Society» (etapas 16-18) considera que se han de trabajar los siguientes aspectos de la naturaleza de la ciencia: «• Los métodos de la ciencia. - Los datos datos y sus limitac limitaciones iones.. - Estab Establecer lecer relacio relaciones nes causales causales.. - Desarr Desarrollar ollar y contrastar contrastar explicaciones explicaciones científica científicas. s. - Model Modelizar izar situacio situaciones nes compleja complejass • La ciencia como actividad humana. - La comun comunidad idad cient científica. ífica. • Ciencia y sociedad. - Relaci Relaciones ones entre entre ciencia ciencia y socieda sociedad. d. - Valoración de los impactos de la ciencia y la tecnología: tecnología: riesgo y valoración del riesgo. - Toma de decision decisiones es sobre ciencia ciencia y tecnología. tecnología.»»


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Como tareas, te proponemos las siguientes: • Busca información sobre cada uno uno de estos puntos en la página web del proyecto «Science «Science in Society». • Describe brevemente actividades que pudieran realizarse con los estudiantes para tratar algunos de ellos.

FUENTES Y RECURSOS

Libros CHALMERS, A. (2000). ¿Qué es esa cosa llamada ciencia? Madrid: Siglo XXI. Una introducción simple, clara y elemental a los modernos puntos de vista sobre la naturaleza de la ciencia. Tras señalar las limitaciones del empirismo ingenuo, el autor describe y valora las teorías de Popper, Kuhn, Lakatos y Feyerabend como intentos de reemplazar aquella perspectiva tradicional. KUHN, T.S. (1978). La estructura de las revoluciones científicas. Madrid: Fondo de Cultura Económica. Este libro, basado en abundante material histórico –principalmente de los campos de la física y de la química–, procura esclarecer conceptos y demostrar la extraordinaria complejidad del mecanismo del progreso científico. Un obra clásica de obligada lectura. DJERASSI, C. y HOFFMANN, R. (2003). Oxígeno. México: Fondo de Cultura Económica. Obra de teatro que imagina un encuentro ficticio entre tres de los protagonistas fundamentales del descubrimiento del oxígeno: Antoine Lavoisier, Joseph Priestly y Carl Wilhem Scheele, en el que puede verse cómo los descubrimientos de Priestly y Scheele encajaban en un marco lógico completamente erróneo –la teoría del flogisto– que Lavoisier estaba a punto de demoler.

Proyectos BEEP (Bioethics Education Project).

www.beep.ac.uk/content/index.php PEEP (Physics & Ethics Education Project).

www.peep.ac.uk/content/index.php Proyectos de biología, ética y sociedad y de física, ética y sociedad de la Universidad de Bristol. Ambos proporcionan un gran número de actividades y orientaciones didácticas para abordar temas de física y sociedad y de biología y sociedad, entre ellos el de la naturaleza de la ciencia. Puede descargarse una presentación en catalán en la web del Seminario de

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Formación del Profesorado de Ciencias (SfeC), en la sesión realizada el 20 de noviembre de 2008: phobos.xtec.cat/cdec/images/stories/W phobos.xtec.cat/cdec/images/stories/WEB_antiga/formacio/pdf/sfece/08-09/2_beep_ EB_antiga/formacio/pdf/sfece/08-09/2_beep_ peep.pdf Nature of Science (D. Warren, RSC).

www.rsc.org/Education/Teachers/Resources/Books/NatureofScience.asp Actividades sobre la naturaleza de la ciencia que pueden ser descargadas en la página web de la Royal Society of Chemistry. Projecte IDEAS.

phobos.xtec.cat/cdec/index.php?option=com_content&view=article&id=58&Itemid=48 El «Projecte IDEAS» (Idees, Evidències Evidèncie s i Argumentació en Ciències) es la traducción al catalán del proyecto inglés «IDEAS» (Ideas, Evidence and Argumentation in Science), realizado por un grupo de trabajo del CESIRE-CD CESIRE-CDEC, EC, que contiene orientaciones didácticas para ayudar a los alumnos a aprender a argumentar en la elaboración de explicaciones científicas (introducción de la discusión, gestión de los grupos, modelización y evaluación) evalu ación) y una serie de 15 actividades de diferente tipología. Puede consultarse también la página web del proyecto original inglés. Science in Society (Universidad de York. Nuffield Curriculum Centre).

www.scienceinsocietyadvanced.org Proyecto de ciencia y sociedad, equivalente a la asignatura de Ciencia para el mundo contemporáneo en el bachillerato español. Aborda el tema de la naturaleza de la ciencia. Se puede consultar y descargar documentos de presentación de cómo aborda este proyecto el aprendizaje de la naturaleza de la ciencia en la página web del Seminario de Formación del Profesorado de Ciencias (SfeC), en la sesión del 19 de marzo de 2009: phobos.xtec.cat/cdec/images/stories/WEB_antiga/formacio/pdf/sfece/08-09/5_natcien.pdf; phobos.xtec.cat/cdec/images/stories/WEB_antiga/formacio/pdf/sfece /08-09/5_natcien.pdf; phobos.xtec.cat/cdec/images/stories/WEB_antiga/formacio/pdf/sfece/08-09/5_nat_hist.pdf Twenty First Century Science (Universidad de York. Nuffield Curriculum Centre).

www.21stcenturyscience.org Proyecto de ciencias para alumnos a lumnos de 15-16 años en el Reino Unido, que pone el énfasis en la alfabetización científica y la comprensión de la naturaleza de la ciencia. XXII» en la página web Puede descargarse una presentación de este proyecto «Ciencia para el siglo XX del Seminario de Formación del Profesorado de Ciencias (SfeC), en la sesión del 22 de abril de 2010:

phobos.xtec.cat/cdec/index.php?option=com_content&view=article&id=83&Itemid=33 Además, se puede consultar este otro documento: phob ph obos os.x .xte tec. c.ca cat/c t/cde dec/ c/ima image ges/ s/sto storiries es/WE /WEB_ B_an antitiga ga/f /for orma maci cio/ o/pdf pdf/s /sfe fece ce/0 /091 910/ 0/5a 5ase sess ssio io/ / C21Barcelona2010Catala2CienciasegleXXI.pdf


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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS AA.VV. (2000). Las ciencias de la naturaleza y su método (1.ª Unidad Didáctica). Ciencias de la Naturaleza. 1.º ESO. Barcelona: Guadiel-EDEBÉ. prácticum en la formación inicial del profesorado de ciencias de BALLENILLA, F. (2003). El prácticum enseñanza secundaria. Tesis doctoral, Vol. 1. LiberLIBRO. También disponible en línea en: . BURDEN, J., HUNT, A. y MILLAR, R. (2006). Twenty first century science. Ideas about science. Oxford: Oxford University Press. También disponible en línea en: . CAAMAÑO, A. (1996). La comprensión de la naturaleza de la ciencia. Un objetivo de la enseñanza de las ciencias en la ESO. Alambique, 8, 43-51. CAMPANARIO, J.M. (2002). La enseñanza de las ciencias en preguntas y respuestas. Disponible en línea en: . CASTAÑO, E., y otros (2006). Educación y cultura científica. Sevilla: Junta de Andalucía. Consejería de Educación. CHALMERS, A. (1994). ¿Qué es esa cosa llamada ciencia? 11.ª edición. Madrid: Siglo XXI. COLLINWOOD, R.G. (2007). Idea de la naturaleza. Madrid: Fondo de Cultura Económica. DILTHEY, W. (1986). Introducción a las ciencias del espíritu. Madrid: Alianza Editorial. ECHEVERRÍA, J. (2002). Ciencia y valores. Barcelona: Destino. ESTANY, A. (1990). Modelos de cambio científico. Barcelona-Madrid: Crítica. FECYT (2005). Segunda Encuesta Nacional sobre Percepción Social de la Ciencia y la Tecnología, 2004. Madrid: FECYT. También disponible en línea en: yt/home.do>.. FERNÁNDEZ, I., y otros (2005). ¿Qué visiones de la ciencia y la actividad científica tenemos y transmitimos? En D. Gil y otros (eds.), ¿Cómo promover el interés por la cultura científica? Santiago de Chile: OREALC/UNESCO. También disponible en línea en: . Metho d . Londres: NLB. [Traducción en español: Tratado FEYERABEND, P. (1975). Against Method contra el método, Madrid: Tecnos, 1981.] GUERRERO, T. (2010). Exoplanetas que orbitan en dirección contraria a su estrella. El Mundo (14/04/2010). También disponible en línea en: . GIERE, R. (1988). Explaining Science. A Cognitive Approach. Chicago: University of Chicago Press. [Traducción en español: La explicación de la Ciencia. Un acercamiento cognoscitivo, México: Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. México, 1992.] GIORDAN, A. y DE VECCHI, G. (1988). Los orígenes del saber . Sevilla: Diada. HECHT, E. (1987). Física en perspectiva. Wilmington: Addison Wesley Iberoamericana. HEMPEL, C.G. (1973). Filosofía de la Ciencia Natural . Madrid: Alianza Universidad. HORGAN, J. (1998). El fin de la ciencia. Los límites del conocimiento en el declive de la era científica. Barcelona: Paidós. Transiciones.

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IZQUIERDO, M. (2000). Fundamentos epistemológicos. En J. Perales y P. Cañal (eds.). Didáctica de las Ciencias Experimentales. Alcoy: Marfil. JIMÉNEZ-ALEIXANDRE JIMÉNEZALEIXANDRE,, M.P. y OTERO, L. (1990). La cienci cienciaa como construc construcción ción social. Cuadernos de Pedagogía, 180, 20-22. KUHN, T.S. (1962). The Structure of Scientific Revolutions. Chicago: University of Chicago Press. [Traducción en español: La estructura de las Revoluciones Científicas, Madrid: Fondo de Cultura Económica, 1971.] LAKATOS, I. (1978). The methodology of scientific research programmes-philosophical pa pers. Vol. 1. Cambridge: Cambridge University Press. [Traducción en español: La metodología de los programas de investigación científica, Madrid: Alianza Universidad, 1983.] LÓPEZ, C. (1994). Contradicciones cosmológicas. cosmológicas. El País (19/11/1994). También disponible en línea en: . LÓPEZ CEREZO, J.A. y CÁMARA, M. (2005). Apropiación social de la ciencia. En FECYT, Percepción social de la ciencia y la tecnología en España, 2004. Madrid: FECYT. LUFFIEGO, M., y otros (1994). Epistemología, caos y enseñanza de las ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 12 (1), 89-96. Alambiq bique ue, 8, 53-62. MARCO, B. (1996). Aproximación didáctica a textos científicos originales. Alam MORIN, E. (1984). Ciencia con consciencia. Barcelona: Anthropos. PEARSON, K. (1990). The Grammar of Science. Londres: Adam and Charles Black. PEDRINACI, E. (coord.) (1996). Naturaleza e historia de la ciencia. Alambique, 8, 4-6. POPPER, K.R. (1934). The logic of scientific discovery . Londres: Hutchinson & Col. [Traducción en español: La lógica de la investigación científica. Madrid: Tecnos, 1962.] — (1963). Conjetures and refutations. The growth of scientific knowledge. Londres: Routledge and Degan Paul. [Traducción en español: Conjeturas y refutaciones. El desarrollo del pensamiento científico, Buenos Aires: Paidós, 1983.] PORLÁN, R. (1995). Constructivismo y escuela. Sevilla: Diada. PUNSET, E. (2004). Cara a cara con la vida, la mente y el Universo. Barcelona: Destino. QUINTANILLA, M.A. (1978). El mito de la neutralidad de la ciencia. La responsabilidad del científico y del técnico. El Basilisco, 1, 52-56. SOLOMON, J. (1992). What is science? / How does Society decide? / What is Technology? SATIS 16-19. Hatfield, Association for Science Education. SOMMERVILLE, J. (1941). Umbrellaology, or Methodology in Social Science. Philosophy of Science, 8 (4), 557-566. TOULMIN, S. (1977). La comprensión humana I: El uso colectivo y la evolución de los conceptos. Madrid: Alianza Editorial. UNESCO (1999). Declaración sobre la ciencia y el uso del saber científico. Conferencia mundial sobre la ciencia. Budapest (26 de junio-1 de julio de 1999). ZIMAN, J. (1986). Introducción al estudio de las ciencias. Madrid: Ariel.

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2. HISTORIA DE LA FÍSICA Y ENSEÑANZA DE LA FÍSICA


• Roles de la historia de la la física en la enseñanza de la Física • Ejemplos de actividades actividades con un enfoque histórico • Conclusiones y perspectivas

Jordi Solbes IES José Rodrigo Botet. Manises Universidad de Valencia Manel Traver IES Sant Vicent 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 tuvier on escasa resonancia en nuestro país, y sólo en años posteriores aparecieron algunas propuestas didácticas que abordaban algún enfoque histórico (Grup Recerca-Faraday, 1982, 1994). Esto nos llevó a iniciar i niciar 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 banalizaciones, 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 conocimiento de la física, obviando el carácter colectivo de la creación científica y las complejas relaciones 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) confir maban la escasa presencia pres encia de conteni c ontenidos dos y enfoques enfo ques histór hi stóricos icos en la mayoría ma yoría de d e libros libro s de texto text o habituales habit uales . Por otra parte, los cuestionarios respondidos por el alumnado mostraban que la enseñanza 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 investigación 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 Físi ca y Química de la Ley Orgánica de Educación (LOE) incluyen epígrafes sobre la historia de la física –como se puede ver en otros capítulos del libro–, nos planteamos cómo presentar los aspectos históricos de una manera que contribuya a me jorar el aprendi ap rendizaje zaje de la físi física ca y a mostr mostrar ar una un a imagen ima gen de ésta más próxim p róximaa a la l a manera mane ra como se construyen los conocimientos científicos y a cómo evoluciona la ciencia en su contexto 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. En esta perspectiva, señalaremos los siguientes roles que puede desempeñar un enfoque histórico 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 concepciones 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 resistencias 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 conceptos estructurantes, para introducir nuevos conocimientos y superar obstáculos epistemológicos. • Posibilita extraer de dicha historia los problemas significativos y poner al alumno en situación de abordarlos, planteando situaciones de aprendizaje que permitan a los alumnos, en cierta medida, reconstruir los conocimientos científicos. Con ello, se pretende evitar el erróneo planteamiento empirista que introduce los experimentos sin tener en cuenta el problema histórico que los motivó, las sucesivas hipótesis que se plantearon 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 FÍSICA Y ENSEÑANZA DE LA FÍSICA

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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 introduc ir 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 favorecer los cambios conceptuales de los alumnos, ajustándolos ajustá ndolos 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 pen dientes de solución, etc. Así se presenta a los alumnos la aventura de la creación científica, evitando visiones dogmáticas. Conviene también clarificar en qué forma es acumulativa la ciencia, ya que, por una parte, la mayoría de las teorías científicas científic as 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. • Se puede mostrar la ciencia como una construcción humana, colectiva, fruto del trabajo 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 como los 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 persecución 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 del alumnado 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 un enfoque histórico en la enseñanza de la Física, nuestro siguiente paso consistió en elaborar, 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

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se tuvo en cuenta una variedad de tipologías que incluía biografías de científicos y científicas de forma más elaborada y contextualizada 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 Galileo como hilo conductor de un razonamiento. También se recopiló información dispersa sobre algunas etapas cruciales 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 a l cabo no era otro que el aprendizaje de la Física. Mostramos a continuación una breve selección selecc ión 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. Breve historia de la introducción del concepto de campo Lee y comenta el texto siguiente, con la ayuda de las cuestiones que se formulan al final. La génesis del concepto de campo fue lenta y sinuosa. Se centra en los problemas históricos fundamentales: la superación 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 Ampère, Laplace, Biot y Savart, etc. en la magnetostática (1820-1827) utilizan fuerzas a distancia en coherencia con el programa o el paradigma mecanicista vigente. La idea de campo aparece, 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. Es Faraday (1791-1867) (1 791-1867) quien, desde las primeras primer as experiencia experienciass de 1821 con el rotor electromag electromagnético nético,, más explícitamen explícitamente te utiliza la la noción de campo , al considerar las líneas de campo como entidades reales que llenan el espacio. Es decir, 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 algunos problemas, como que las fuerzas magnéticas son transversales y no centrales, y hay que introducir el retraso y por eso las fuerzas no son instantáneas. Por otro lado, en Gran Bretaña, la influencia de Faraday en Kelvin (William Thomson) produce la aparición de un


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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 t ubos que transportan un fluido incompresible, el éter (ya utilizado por Fresnel y otros como medio de propagación de la luz). En el fondo, se trata de un intento de mantener una explicación mecánica de la electricidad y el magnetismo. En el marco de este programa, Maxwell, en 1861-1862, elabora unas ecuaciones en que unifica la electricidad y el magnetismo e introduce una teoría electromagnética de la luz. Para obtenerlas debe introducir tubos de éter giratorios, con partículas eléctricas como rodadura entre ellos, etc. Se plantean plant ean dos dos posibilida posibilidades: des: o profun profundizar dizar más más en elel modelo modelo o liberar liberar la teoría teoría del del mecanicism mecanicismo. o. Maxwell, Maxwell, en en 1864 1865, 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: «No estoy 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, 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 1897 y 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 rayos X 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 que también afecta a las teorías del éter o del campo electromagnético electromagnético y que la solución no no pasa por el programa 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 fotones. 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.

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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. 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 i ncremento 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 1712 fue la de Newcomen (1664-1729). (1664- 1729). 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 (1736-1819), que al reparar una máquina de Newcomen tuvo en 1765 la idea de introducir el condensador separado, lo que le permitía permanecer permanec er frío. Básicamente, Básicamente, la máquina constaba de una caldera, caldera, cuyo vapor entra en un cilindro metálico y em puja elel pistón pistón hacia hacia fuera. El pistón pistón está está conecta conectado do a una rueda rueda por por una biela que transfor transforma ma el movimi movimiento ento alterna alternativo tivo 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 (1760-1870). En ésta los inventos


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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 f uente 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 desarro llos? O, en otras palabras, ¿qué desarrollos desarrol los 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 d el CO2 al cambio climático? ¿Cuáles pueden ser las consecuencias del incremento del efecto invernadero? 4. La opinión pública suele atribuir la responsabilidad del cambio climático 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 necesidades sociales (energía, sostenibilidad) y la responsabilidad social de los científicos y las científicas. El incremento del efecto invernadero puede tratarse tanto en temas de química (termoquímica, gases) como de física (energía u ondas), lo que pone de manifiesto que los problemas complejos son multidisciplinares. La cuestión 1 nos permite ver que los inventos técnicos no fueron obra de científicos, sino de artesanos (Newco( Newcomen era herrero y Watt constructor de instrumentos 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 térmicas son previas al desarrollo de la termodinámica. De la misma forma, las técnicas

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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 crecido el uso de las máquinas térmicas y, con ellas, la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera ha aumentado en un 25%, desde 280 partes por millón en volumen (ppm/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 como combustibles en las industrias, los automóviles, los aviones, las centrales eléctricas térmicas, 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 forma de radiaciones IR. El CO2 absorbe radiación IR y actúa como un invernadero impidiendo la pérdida de calor al exterior. Además de CO2 hay otros gases que contribuyen al efecto invernadero, como el metano, los CFC (que también producen la disminución 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 atmósfera se doblará en 50 años. Esto daría como resultado un aumento global de la temperatura del planeta de entre 1,5 ºC y 4,5 ºC, según diferentes modelos, antes de llegar a la mitad de este siglo. Este cambio produciría la fusión de parte de la capa de hielo del mundo (en la Antártida, en Groenlandia, en los glaciares de montaña, etc.), con la consiguiente elevación del nivel del mar, que podría inundar muchas ciudades costeras del mundo y muchas islas del Pacífico. También está produciendo un incremento en el número de huracanes (por el calentamiento de los océanos, lo que, unido al deshielo, también está afectando a las corrientes oceánicas), lluvias torrenciales, inundaciones, sequías y otros cambios, que pueden afectar áreas agrícolas productivas, con el peligro de provocar una carencia de alimentos. Pero, aunque algunos grupos preocupados por las repercusiones peligrosas de las ciencias en la sociedad y el ambiente (armamento, contaminación, organismos genéticamente modificados, clonación, etc.) culpabilicen a la ciencia de las mismas, lo cierto es que la ciencia ha contribuido a observar el cambio climático y a tratar de explicarlo, así como a denunciar los efectos que puede producir y a proponer soluciones. Antes de la cumbre de Kioto (1992), 1.500 científicos de renombre de 63 países, entre ellos 98 premios Nobel, firmaron un manifiesto en el que pedían 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 comprobar en aquella reunión de Kioto y recientemente en la de Copenhague (2009), los políticos no parecen dispuestos a hacer caso porque anteponen los intereses de las gr andes empresas de sus países (eléctricas, petroleras y automovilísticas) a los del mundo.


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Ejemplo 3. La generación de científicos españoles que hizo posible la visita de Einstein a España Lee y comenta el texto siguiente, a partir de las cuestiones que se formulan al final. Después del colapso de la actividad científica española durante la guerra de la Independencia y el reinado de Fernando 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 y premio Nobel de Literatura Literatura José Echegaray (1832-1916) y el astrónomo Josep Comas i Solà (1868-1937), que difundieron en España las ciencias físicas y matemáticas contemporáneas. Pero sólo después del descalabro de 1898, atribuido entre otras causas al retraso científico, se crea en el Estado es pañol una 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 Blas Cabrera; el de Automática, dirigido por Leonardo Torres Quevedo (1852-1936); el de Química; el de la Residencia 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 el del Ebro, en Tortosa, en 1905. Estos esfuerzos permitieron que la generación de científicos nacidos hacia 1880 situara la física española al nivel de la época. Entre sus miembros destacan los siguientes: • Blas 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 1910 a 1912, en Zúrich. Su trabajo tuvo una difusión internacional. internacional. 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 . las pocas contribuciones contribuciones originales españolas españolas sobre la relatividad relatividad • Josep Maria Plans (1878-1934). Autor de una de las en los años veinte, una nueva ecuación para explicar la deflexión de la luz en campos gravitatorios. Otra aportación 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, (Eddington, 1921). • Esteve Terradas (1883-1950). Físico, matemático e ingeniero. Catedrático de Acústica y Óptica. Sus grandes conocimientos 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 1915 la relatividad. Diseñó el plan para la red telefónica catalana 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 formación 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 est ancia (sobre (sobr e todo, Terradas, T erradas, Cabrera C abrera y el matemátic matemáticoo Julio Rey R ey Pastor). Pastor ). Además, Además , formaron formar on a la generación gener ación siguiente de físicos, entre los que hay que destacar los siguientes: Kamerling Onnes en Leiden en 1918, donde • Julio Palacios (1891-1970). Estudió con Terradas y con el premio Nobel Kamerling llevó a cabo investigaciones sobre bajas temperaturas, tema que no pudo proseguir en España por falta de instalaciones adecuadas. Hizo contribuciones teóricas destacadas, una de las cuales mereció ser publicada por Wien

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en los Annalen 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 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 equipamiento 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 los multipletes del manganeso. Sommerfeld conoció sus s us investigaciones durante un viaje a Madrid en 1922 y de aquí resultó una beca Rockefeller, que condujo a Catalán al laboratorio de Sommerfeld en Múnich de 1923 a 1925. Al volver al laboratorio de investigaciones físicas en Madrid le acompañó K. Bechert, para proseguir los trabajos sobre espectroscopia. Sin embargo, la guerra civil y la derrota de la República por el franquismo provocaron otro colapso económico y cultural (ciencia incluida). Hasta los años cincuenta no se recupera el nivel de vida anterior a la guerra. Al comienzo de la guerra se exilian algunos científicos, como Severo Ochoa. Por otro lado, entre muertos en la guerra y en la posguerraa (ejecuciones) posguerr (ejec uciones) y unos 300.00 300.0000 exiliados exilia dos se llega casi cas i a un millón de d e bajas, de donde el 80% correspo corresponde nde a los republicanos, muchos científicos y profesores (Cabrera, Duperier, Del Río, etc.). Los que no se van son encarcelados, y los cuerpos docentes, depurados (Catalán, Moles, etc.). La ciencia y la tecnología se resentirían durante decenios de estas pérdidas, así como de la hostilidad franquista de los años cuarenta hacia la ciencia moderna. La recuperación empezó con el desarrollismo de la década de los sesenta y, como el cambio tecnológico no se podía apo yar en elel desarrol desarrollo lo autónom autónomo, o, vistas vistas las las escasas escasas invers inversione ioness en investi investigac gación ión y desarr desarroll olloo (I+D) real realizad izadas as por elel régimen régimen franquista, se basó en la importación de tecnología. Por ello, en 1980 encontramos que sólo se invertía en I+D un 0,4% del Producto Interior Bruto (PIB). A pesar de haberse realizado un gran esfuerzo en la última década, donde se ha pasado a un 0,9% del PIB, aún nos encontramos muy lejos del 2% del PIB en I+D, que es la media de los países del OCDE (por ejemplo, Alemania invierte un 2,85%, Francia un 2,33%, Reino Unido un 2,29%, Japón un 2,87%, EE.UU. un 2,71%, Italia un 1,32%, 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 y las relaciones CTS 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 sigloXVI. Su consideración quiere contribuir una vez más a la desmitificación de que aquí no se ha producido nunca ciencia de nivel europeo. Las circunstancias socioeconómicas 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 CTS en la historia de nuestro país. Cuando se han dado las condiciones favorables, como en las generaciones de la II República, los científicos españoles han estado al máximo nivel de la ciencia europea.


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Ejemplo 4. Petite Curie Lee y comenta el texto siguiente, a partir de las cuestiones que se plantean al final. Las bombas alemanas cayeron en París el 2 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 encontr encontróó maneras m aneras de utiliz utilizar ar su conocim conocimiento. iento. Propus Propusoo la creació creaciónn de instalac instalaciones iones móvile móviless de radiología, que transportaron los aparatos de rayos X al frente de batalla y ayudaron a los médicos a encontrar balas, metralla y huesos rotos en los soldados heridos. Para ello, convenció al gobierno francés para que instalara los primeros centros militares de radiología de Francia y a las tiendas de automóvil para que transformaran los coches en furgonetas que equipó con material radiológico móvil. El 31 de octubre de 1914, el primero de los veinte vehículos de radiología que equipó estaba listo. Se propuso poner su Petite Curie en funcionamiento lo antes posible y, por si existía alguna necesidad, aprendió cómo conducir un coche, anatomía, el uso del equipo de radiografía y mecánica mecánic a del automóvil. auto móvil. 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 doscientas 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. Cuestiones

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? 2. Valora su tarea de creación de un servicio radiológico. 3. ¿Qué papel juegan los rayos X en medicina? 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 contribución de la ciencia a las necesidades sociales (salud). Se dirige a estudiantes de 16 a 18 años. En Polonia 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, Bar deen, 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 hacerlo emiten ondas de radio que, analizadas por un ordenador, proporcionan imágenes. El hidrógeno en el

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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 (IRM), 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. Par kinson. 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 favorable 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 la historia 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 como la influencia social que tuvieron en su época y en la actualidad . Utilizando en clase actividades 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 bachillerato actualmente. No obstante, creemos que en la formación del profesorado los aspectos didácticos que com porta el uso de la historia deberían ser una un a prioridad por por las indudables ventajas que su conocimiento 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 de la historia y también el de la filosofía de la ciencia deberían estar cada vez más integrados en la didáctica de la Física.


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La investigación didáctica ha puesto de manifiesto el carácter motivador de los aspectos his20 01), en particular de una histotóricos (Izquierdo, 1994; Matthews, 1994; Solbes y Traver, 2001), ria contextualizada que muestre las relaciones de la ciencia con la tecnología y la sociedad. En esta línea, a diferencia de las historias de la ciencia narradas sólo desde una perspectiva científica, 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 ciencia puede 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 cambio de valores o axiológico (Hodson, 1994; Solbes, 1999), e incluso la argumentación de los (Jiménez-Aleixandre, e, 2010), ya que ésta se ve favorecida cuando se plantean estudiantes (Jiménez-Aleixandr en clase cuestiones controvertidas relacionadas con las ciencias (Solbes, Ruiz y Furió, 2010). Este cambio axiológico y actitudinal, con todas las dificultades que conlleva, se puede favorecer trabajando en el aula aspectos históricos históricos y culturales de la ciencia (Solbes, 2002 y 2009) como los siguientes: • Los valores de la ciencia y su contribución a la racionalidad han destruido mitos, han cambiado la visión del mundo (Copérnico, Galileo) 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 manifiesto 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 multinacionales o gobiernos, algunos de los graves problemas que nos afectan, las «verdades incómodas» (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, control de natalidad, etc.).

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FUENTES Y RECURSOS AA.VV. Naturaleza e historia de la ciencia. Alambique, 8, 1996. Monografía de la revista Alambique dedicada a la naturaleza y la historia de la ciencia. Abre el monográfico un artículo de Mercè Izquierdo, «Relación entre la historia y la filosofía de la ciencia y la enseñanza de las ciencias», de gran interés para relacionar historia, filosofía y enseñanza de las ciencias. Colección Científicos para la Historia. Madrid: Nivola Colección de biografías sobre científicos escritas con rigor y honestidad. Entre los físicos encontramos a Galileo, Hooke, Copérnico y Kepler, Faraday, Franklin, Oersted y Ampère, J.J. Thomson, Bohr, Planck y Heisenberg. FECYT (2005). La huella de Einstein. Semana de la Ciencia 2005. Madrid: Fundación Española 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. HOLTON G. (2004). Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas, Barcelona: Reverté. Excelente libro de texto text o de física, que presenta los conceptos conce ptos y las teorías a través de su evolución histórica. Este libro inspiró las secuencias de actividades del proyecto «Física Faraday» (Grup Recerca-Faraday, 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 para el profesorado. Contiene textos de Galileo, Newton y Franklin. SfeC (2008). La naturalesa i la història de la ciencia a l’educació secundària. Sesión del Seminario de Formación para la Enseñanza de las Ciencias (SfeC) de 19 de marzo de 2009. CDEC. Barcelona. Disponible en línea en: . t.pdf>. Puede descargarse un documento en PowerPoint que contiene amplia información sobre recursos TIC para la historia de la ciencia. Societat Catalana d’Història de la Ciència Ciènc ia i de la Tècnica (SCHT). Curso telemático «Ciència «Ciènc ia i Tècnica a través de la història» 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: Galvani, Volta y Faraday; La radioactividad: Curie y Rutherford; El universo; La cosmología griega


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y la astronomía china; La revolución de los cielos: Copérnico y Galileo; La cuantificación del universo y su origen; Las interacciones en la materia; Electricidad y magnetismo: Coulomb y Faraday; Caída libre y tiro vertical: Galileo y Newton; El peso del aire: Torricelli y Pascal. Disponible en línea en: .

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3. HISTORIA DE LA QUÍMICA Y ENSEÑANZA DE LA QUÍMICA


• Para enseñar una disciplina se ha de identificar lo más básico y representativo de ella ella • Empecemos por el principio: la Antigüedad • ¿Hasta dónde alcanza el poder de transformar la materia? De la Edad Media al Renacimiento • Lo que vale es lo que puede hacerse: empieza la tradición tradición de las sustancias en la Edad Moderna • Los profesores de química del siglo XIX y la industria química • El siglo de los átomos… y los retos actuales: el respeto por el medio ambiente ambiente • ¿Qué nos dice la historia a los profesores?

Mercè Izquierdo Universidad Autónoma de Barcelona Los profesores saben bien que lo primero, en clase, es establecer una comunicación fluida con los alumnos; y el requisito para ello es que ellos sepan de qué se está hablando y se interesen por ello. Pero los alumnos se pierden con las fórmulas y los átomos y no llegan a identificar qué es lo esencial de la química; unos le otorgan un poder cercano a la magia, otros ven en ella el origen de todos los males que aquejan al planeta y lo ponen en peligro. La investigación en didáctica de la química ha puesto en evidencia las dificultades conceptuales y de motivación de los estudiantes con las que se encuentran los profesores al enseñar Química. Las más citadas son las siguientes: en primer lugar, el propio «cambio químico», tan sorprendente; el carácter químico de las sustancias, la diferenciación entre elemento y sustancia simple, y entre átomo y molécula; la estequiometría y el concepto de mol; y el equilibrio químico (Driver y otros, 1999; Caamaño, 2003). Se han detectado también graves errores al interpretar los fenómenos químicos, que se manifiestan hasta en los cursos univer-

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sitarios de química. Por otro lado, los profesores consideran que falta tiempo para enseñar de manera significativa todo lo que supuestamente deberían saber los alumnos, de acuerdo con los currículos y los libros de textos oficiales (Furió, Azcona y Guisasola, 1999; Krnel, Watson y Glazar, 1998; Erduran y Scerri, 2002). Quizás este conjunto de problemas tiene un origen común, que podría ser la repugnancia a aceptar que en el cambio químico desaparecen sustancias y aparecen otras nuevas, según una interacción específica que es la que estudia la química. Explicar, como se hace a menudo, que «el cambio químico es una reorganización de átomos» no significa nada; sería mejor empezar diciendo que «el cambio ca mbio químico es el problema que estudia la química». química» . Y, al hacerlo así, debería asumirse también que el e l comportamiento químico de las sustancias es caprichoso: no todas reaccionan con todas ni, aparentemente, lo hacen de la misma manera. man era. Aprender una disciplina es comprender «de qué va», cuáles son los problemas que resuelve, cuáles son sus preguntas y cómo obtiene las respuestas. Saber química es más que saberse un libro: es ver la química en el mundo, es compartir unas preguntas que no tienen una respuesta definitiva y es saber actuar de una manera determinada. Es pasar a participar de una historia con futuro y, por ello, nada mejor que conocer la historia de la disciplina, que muestra cómo se llegó a los conocimientos actuales gracias a una intervención reflexiva en los cambios químicos de muchas personas que se han comprometido con ella. Y dejarse inspirar por ella para poder reformular en clase los razonamientos que justificaron la emergencia de las entidades químicas básicas con las que se explica actualmente el cambio químico.

Para enseñar una disciplina se ha de identificar lo más básico y representativo de ella La historia de la química permite a los profesores identificar la actividad humana específica, a la vez práctica y teórica, que ha conseguido c onseguido elaborar reglas para el control de este peculiar p eculiar cambio, en el cual aparecen y desaparecen sustancias y en la cual tanto se genera como se consume calor y trabajo. Como en cualquier historia, va a haber «conflictos» e «hitos», señalados, como es habitual, por «héroes» a los cuales se les atribuye las buenas ideas que, poco a poco, construyen un modelo de materia que permite comprender sus cambios. Esta intervención específica en el mundo para transformarlo con objetivos diversos (entre los cuales siempre se encuentra la expectativa expecta tiva de un beneficio para las personas que se dedican a ellas) dio lugar a una «manera de mirar» que ha permitido la construcción de las entidades químicas con las cuales conseguimos explicar de manera convincente el resultado de las intervenciones y recordarlas para repetirlas o modificarlas. Si los alumnos consiguen apropiarse de este enfoque van a ir cambiando también su manera de representarse el mundo a lo largo de su proceso de aprendizaje y llegarán a utilizar un lenguaje científico que antes

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desconocían, sin descorazonarse frente a las dificultades que pueden encontrar en el camino. Para ello no han de aprender muchas cosas, sino lo más básico, que es la relación entre la teoría y la práctica que es propia de la química. En los apartados siguientes se verá cómo surgen y qué significan las principales entidades químicas para, a partir de ello, intentar comprender mejor las dificultades de aprendizaje de nuestros alumnos. El lector puede profundizar en la evolución histórica de la química en algunas monografías (Bensaude-Vincent y Stengers, 1997; Brock, 1992; Esteban, 2001) y consultar también excelentes biografías de químicos (Lavoisier, (La voisier, Dalton, Mendeléiev, Bohr…) de la colección Científicos de la Historia de la Editorial Nivola.

Empecemos por el principio: la Antigüedad En muchas culturas antiguas se explica que el origen de todos los conocimientos fue el dominio de las artes del fuego, gracias al cual se pudieron transformar los materiales de manera intencionada: el barro en cacerolas, los minerales en metales, los despojos de animales en alimentos. Según la mitología griega, el fuego fue robado a los dioses por Prometeo, el cual recibió un duro castigo por ello. En los cuentos populares se asocian poderes mágicos a determinados materiales preparados según recetas antiguas y secretas, como pócimas que burbujean en calderos humeantes. ¿Cuál es el origen de la creencia de que un brebaje preparado por alguna persona con poderes especiales puede cambiar los sentimientos de las personas? La manzana que la «madrastra-maga» hizo comer a Blancanieves, impregnada de un veneno que sólo el amor podía vencer, es un ejemplo de esta magia que tiene algo de química y que se remonta a los lejanos tiempos de los faraones egipcios, herederos a su vez de culturas asiáticas aún más antiguas, en las cuales la fascinación por el cambio ocultaba las limitaciones de la química. Este imaginario acompaña aún a la química, junto con su otra vertiente, la utilidad práctica no sólo en lo doméstico, sino también en los negocios, en la industria. Ya durante la prehistoria, la búsqueda de minerales aptos para la metalurgia constituía una tarea específica. ¡Se puede imaginar la sorpresa y el entusiasmo que debía producir la transformación de un pedazo de roca blancuzco, blando e inútil (carbonato de plomo) en un metal brillante, denso y moldeable! (Levi, 1999). En las civilizaciones antiguas, como el Egipto faraónico (desde 3000 a. de C.), se desarrolló un conocimiento muy completo de los materiales y de sus cambios, tal como demuestran los logros de la medicina egipcia, de la industria del papiro y textil, la alfarería…, de los cuales dan testimonio los restos arqueológicos. Gran parte de esta actividad correspondía a los sacerdotes y no era privada; los meteoritos meteorito s de hierro, por ejemplo, se reservaban para el servicio serv icio del

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templo, para la preparación de medicamentos y sustancias, lo que requería conocer procesos químicos muy complejos. Los primeros indicios de actividad química comercial aparecen ya en Mesopotamia, hacia 2000 a. de C., y se refieren a una mujer, Tapputi-Belatekallim, dedicada a la manufactura de perfumes. La química proporcionó también materiales útiles para la guerra; los aqueos conquistaron lo que ahora es Grecia en el siglo IX a. de C. gracias a sus armas de hierro, que obtenían a partir de minerales. Los sistemas de conocimiento más antiguos fueron de tipo mágico y empírico, pero a partir del siglo V a. de C. se desarrolló en Grecia un conocimiento racional y especulativo, que evitaba la utilización de entidades mágicas o sobrenaturales para explicar los cambios en la naturaleza. Filósofos como Tales de Mileto, Leucipo, Empédocles, Platón y Aristóteles se plantearon las principales preguntas que aún hoy orientan la reflexión racional sobre los fenómenos, que busca unidad en la diversidad y y conservación en el cambio. Aparecen también desde los inicios registros escritos, que son recetas en las que determinadas maneras de proceder y los primeros instrumentos, que fueron recipientes y hornos para controlar el fuego, son representadas simbólicamente. Instrumentos, lenguaje simbólico, intervención intencionada en los cambios de los materiales serán los «ingredientes» de toda actividad química a lo largo de la historia.

¿Hasta dónde alcanza el poder de transformar la materia? De la Edad Media al Renacimiento La alquimia penetró en Europa a lo largo de la Edad Media, gracias a los árabes. Relacionada con el saber egipcio, se fue haciendo más práctica y fue recibida en occi dente con una mezcla de admiración y de rechazo. Admiración, por la utilidad de los conocimientos que permitían la manipulación de los materiales para transformarlos en otros, más útiles; rechazo, porque la manipulación de lo material podía influir en lo espiritual y la cultura europea, de raíces cristianas, ha desconfiado de todo lo que pueda limitar la libertad humana de decidir entre el bien y el mal. La fascinación frente a la transformación de la materia –considerada mágica– que fue propia de las sociedades antiguas tuvo que ceder al reconocimiento reconoc imiento de que este poder tiene sus límites. ¿Puede operarse un cambio material que cambie los sentimientos de las personas, que conceda la inmortalidad, que devuelva la salud, que transforme a una persona en un animal? Nos queda el recuerdo de estas ilusiones en los cuentos populares y en los romances antiguos. La química que aparece en los textos alquímicos tiene mucho que ver con el trabajo de los metalúrgicos, los tintoreros, los alfareros o los cocineros, oficios en los cuales también las mujeres tuvieron una participación importante. En el Renacimiento se tomó conciencia del poder creador de las personas, manifestado en la técnica y las artes, aunque también de


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su soledad en el universo (¡no parece existir ningún otro planeta habitado!). El desarrollo técnico y el descubrimiento y el dominio de nuevos continentes hizo al hombre arrogante y enamorado de todo lo que él mismo construía; confiaba en que iba a ser posible gene rar una nueva Naturaleza sin problemas de salud o de deterioro, fruto de la técnica y de la gestión económica de lo científico. La química renacentista (entre los siglos XIV y XVII) consiguió aplicar los conocimientos técnicos de la alquimia a la obtención de medicamentos y, poco a poco, desechó sus aspectos más esotéricos. Nació así la iatroquímica o química médica: un conocimiento empírico y popular que evolucionó hacia una tarea más especializada, la «magia natural». Según la magia natural, ya no se requieren fuerzas espirituales, malignas o benéficas para que se produzcan cambios, sino que la propia naturaleza aparece gobernada por fuerzas que el médico-químico es capaz de descubrir, guiándose por los signos que descubre en la naturaleza y que consigue interpretar. Nace así la investigación experimental. Las nuevas medicinas químicas modificaron los oficios de boticario y de médico, relacionándolos a ambos con la química, una nueva ciencia que aprovecha las técnicas de la alquimia pero que tiene ya objetivos totalmente diferentes. La química, al finalizar el Renacimiento, es la disciplina que permite preparar medicamentos, a partir de la práctica de laboratorio, y se introduce poco a poco en la universidad moderna formando parte de los estudios de medicina (Hannaway, 1975).

Lo que vale es lo que puede hacerse: empieza la tradición de las sustancias en la Edad Moderna Hemos pasado revista rápida a tres mil años de control progresivo del cambio de los materiales que ahora llamamos químicos, pero vamos a entretenernos más en la historia de los dos siglos siguientes, en los que se estructuran los principios teóricos de esta nueva ciencia, la química, según esta nueva tradición (Meinel, 1988). La sociedad de los siglos XVII y XVIII renuncia a muchos de los sueños imposibles de sus antepasados y establece una demarcación entre lo espiritual y lo material, entre los hechos y las especulaciones. Se interesa cada vez más por los resultados prácticos de la intervención humana en la naturaleza. Las utopías de los científicos se van ciñendo sólo al estudio de los fenómenos que se generan mediante artefactos diversos. El reto, que va a ser superado con éxito, es transformar un conjunto de actividades artesanales que no tenían cabida en las universidades (los oficios de boticario, tintorería, tintorería , perfumería, metalurgia… y, como decía Paracelso, «el saber de las mujeres viejas») en una disciplina teórica cuyos objetos de estudio son los productos obtenidos mediante las operaciones que eran

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comunes en todo este conjunto de prácticas: disolver, precipitar, filtrar, hervir, destilar. Los materiales se transformaban mediante estas operaciones según algunas reglas: desaparecen y se forman otros diferentes, pero se va viendo que algo se conserva, aunque de momento esto no signifique que se conserve la masa; se comportan de manera diversa y por ello se les asigna propiedades que los caracterizan y permiten nombrarlos al reconocerlos como sustancias (los mixtos); e interaccionan entre sí en proporciones fijas. El trabajo experimental del cual emanan estas reglas tuvo que ajustarse a maneras de hacer fiables, fiables, así como se adoptaron lenguajes apropiados para representarlas. La química de la Edad Moderna inaugura la tradición de las sustancias: son ellas y sus secuencias de transformaciones las que van a convertirse en las principales entidades teóricas del cambio químico. Lavoisier las diferenciará en simples y compuestas. Después de muchas vicisitudes, como veremos, finalmente quedarán perfectamente identificadas mediante fórmulas, y con ellas se va a escribir la química (Gyung Kin, 1992). Estamos ya empezando el siglo XVIII, el siglo de las luces; a la química le ha llegado el momento mome nto de utilizar nuevos instrumentos, cuantitativos, para generar con ellos situaciones experimentales que no se dan fácilmente en la naturaleza, tal como estaban haciendo los físicos en sus gabinetes de física física experim experimental. ental. Con ello se consigue cazar y y medir fluidos escurridizos como los gases y el calor. El interés por los artefactos (siglos XVII y XVIII) se concreta en el uso sistemático de algunos bien conocidos, como la balanza, y en la invención de otros que fueron de una gran utilidad práctica y teórica para la química: las trampas de gases, que permitieron capturar gases, identificarlos y pesarlos; el calorímetro, que permitió medir el calor y diferenciarlo de la temperatura; la botella de Leiden, que permitió el estudio de la electricidad; y la pila de Volta, que permitió relacionar la electricidad con el cambio químico. Joseph Black (1733-1790), médico escocés, interpretó la pérdida de masa del «carbonato de calcio» (según la nomenclatura actual) al calentarlo y hacerlo transformarse en cal viva (y también la ganancia de masa cuando la cal se transforma de nuevo en carbonato de calcio) como perdida de una sustancia específica, nuestro dióxido de carbono. Aprovechando la nueva tecnología de las trampas de gases introducida por Stephen Hales, fue el primero en tener en cuenta sustancias en estado gaseoso y en identificarlas por sus propiedades. Fue también pionero en el cálculo de la cantidad de calor que necesariamente participa, como un ingrediente más, en los cambios de los materiales. Sin embargo, admitía la existencia de materiales con masa negativa para poder explicar explica r así la transformación de los metales en cal al quemarlos (calcinarlos) y, supuestamente, perder flogisto, el principio de combustibilidad . Antoine L. Lavoisier (1742-1794) cerró una época (e inauguró otra) al ordenar como leyes un conjunto de conceptos que habían ido emergiendo y que ya compartían muchas personas dedicadas a la química. Estas ideas son las siguientes:


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• Toda la materia tiene masa. • La energía interviene en el cambio químico. • Las proporciones de masa de las sustancias cuando interaccionan son fijas. • No hay principios portadores de propiedades, sólo hay sustancias simples o elementos que forman todas las sustancias compuestas. Otra aportación fundamental fue negar la existencia del flogisto, que era el principio que supuestamente contenían todas las sustancias combustibles combu stibles y que se disolvía en el aire cuando éstas se quemaban. Como la combustión de los metales produce cales que pesan más que el metal original, esta supuesta pérdida producía un aumento de masa, por lo cual se especuló que el flogisto debía tener masa negativa. Lavoisier estableció que no hay ningún material con una masa negativa (Perrin, 1983). Empieza la química del oxígeno, la de los balances de masa. El ideal al que aspira ahora la química, como las otras ciencias, es medir con precisión para establecer leyes referentes al comportamiento de la naturaleza: la ley de conservación de la masa, por ejemplo; para lo cual fue necesario considerar que sólo era material aquello que tenía masa y podía ser medido por la balanza. Son estos objetivos los que configuran la enseñanza de la química, concebida ya como un saber transformador del mundo, y los que dan lugar a nuevos libros de texto, dedicados a públicos cada vez más amplios.

Los profesores de química del siglo XIX y la industria química En el siglo XIX la química era ya la ciencia del cambio químico, una ciencia cuantitativa, que identificaba variables y establecía relaciones cuantitativas entre ellas y que utilizaba artefactos e instrumentos. Se fue haciendo cada vez más necesaria por su capacidad explicativa y predictiva, pero también por el valor comercial de los productos que sintetizaba. Esta nueva ciencia de los procesos y las técnicas de transformación de las sustancias se consolidó gracias al trabajo de profesores universitarios que supieron configurar nuevas teorías y nuevos lenguajes relacionados estrechamente con la práctica y que tenían en la industria química un cliente y, a la vez, un financiero incondicional, al ser receptora de sus descubrimientos. La química permitió la creación de industrias para obtener en serie y al por mayor determinados materiales que antes se elaboraban artesanalmente, artesanalmen te, y también otros completamente nuevos: fibras sintéticas, colorantes… Los símbolos químicos, que se refieren a los elementos o sustancias simples, adquirieron un significado cuantitativo y llegarían a representar, mediante fórmulas y ecuaciones químicas, las sustancias y los procesos, a lo largo de cincuenta años de trabajos y de disputas en torno a la validez y la utilidad de una teoría atómica para la materia. En efecto, poco a poco se consolidó una visión atómica de la materia, relacionada estrechamente con la estequiometría

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(que es el conjunto de leyes referentes a las relaciones de masa y volumen volum en en el cambio químico) que, a partir del trabajo de John Dalton (1777-1844), tomó el nombre de teoría atómica química. Su fundamento fue sencillo e incluso ingenuo (Bernatowicz, 1970): Vamos a suponer que hay tantos átomos diferentes como sustancias simples o elementos y que las sustancias compuestas binarias más abundantes están formadas por un solo átomo de cada tipo. Si es así, las proporciones de masa de los elementos en la interacción química es la misma que las proporciones de masa de los átomos. átomos.

Pudo así, partiendo de esta evidente simplificación, calcular masas relativas de algunos átomos y extender el método a otros casos más complejos, tarea a la que se unieron entusiásticamente muchos químicos del momento, aunque no todos creyeran que estaban calculando masas de átomos reales. Se inauguró así una manera de expresar la composición de las sustancias que iba a ser extraordinariamente extraordinariamente útil y que fue configurando una nueva manera de pensar. Por ejemplo, es muy diferente referirse a los compuestos de carbono y oxigeno diciendo dic iendo que uno de ellos tiene un tanto por ciento de carbono y un tanto por ciento de oxígeno y el otro unos porcentajes diferentes, o estableciendo que el primero está formado por un átomo de carbono y uno de oxígeno, y el otro por uno de carbono y dos de oxígeno. Emerge una nueva manera de pensar en términos de masas químicas, que son diferentes a las masas inertes, inertes , y que se manifiesta en el hecho de que las sustancias químicas interaccionan en proporciones de masa fijas pero diversas y no gramo a gramo, según afinidades específicas (Grapí e Izquierdo, 1997). El desarrollo de esta teoría requirió mucha investigación, convergencias y disputas y tuvo que hacer frente a muchos desánimos. Entre los entusiastas iniciales que le fueron fieles fie les hasta el final destacó Berzelius (1779-1848): se dijo de él que, si Dalton fue el padre de la teoría atómica, Berzelius fue su comadrona. El dominio de la electricidad (mediante las pilas electroquímicas y la contribución de las ideas de Faraday) proporcionó nuevos recursos para la transformación de los materiales y la identificación de nuevos elementos-sustancias simples. Permitió también asignarles una nueva propiedad: la de ser electropositivos o ser electronegativos, con la cual podía explicarse la composición química: lo positivo se unía a lo negativo. Berzelius aplicó este esquema a la química inorgánica e identificó relaciones de masa que permitieron elaborar listas de masas atómicas que funcionaban bien. Sin embargo, en los últimos años de su vida se estrelló en las dificultades crecientes que fue imponiendo la química orgánica, cada vez más pujante. ¿Cómo podía explicarse, por ejemplo, que el cloro (electronegativo) sustituyera al hidrógeno (electropositivo) en algunas sustancias orgánicas? ¿Cómo acertar con la fórmula de tantas y tantas sustancias orgánicas que se sintetizaban en los laboratorios formadas sólo por H, O y C? Veamos las dificultades que se plantean al intentar inte ntar representar por escrito la composición de las sustancias químicas, mediante el siguiente episodio.


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Hacia 1820 hay cátedras de química en las principales universidades de Europa. Berzelius en Estocolmo y Gay-Lussac en París pueden considerarse los químicos más importantes del momento. Dos jóvenes químicos alemanes, Wöhler trabajando con Berzelius en Estocolmo y Liebig con Gay-Lussac en París, se ocupan de los derivados del cianógeno; el primero de ellos sintetiza y analiza el fulminato de plata , muy explosivo, y el segundo el cianato de plata, de propiedades muy diferentes. Por casualidad, publican los resultados de su investigación en 1824 en una misma revista, de manera que uno de los artículos aparece a continuación del otro… y resulta que las fórmulas que atribuyen a los dos compuestos son idénticas. Imaginémonos la polémica: ¿quién de los dos se equivocaba y, con ellos, sus eminentes maestros? Finalmente, los dos tenían razón. Berz elius acuñó la palabra «isómero» para calificar sustancias de composición idéntica pero con propiedades diferentes y admitió que algunas propiedades podían tener relación con la estructuración de los átomos. Pero este nuevo enfoque fue mucho más lejos de lo que Berzelius pensaba…

El esquema de las dos subunidades formadas por átomos con cargas fijas no podía explicar la creciente diversidad de sustancias químicas. Se hizo cada vez más necesaria la visión estructural: un conjunto de átomos o molécula en la cual fuera importante la colocación relativa de los átomos para las sustancias orgánicas. Es necesario que nos detengamos unos momentos en las peculiares características de los gases en la interacción química, puesto que de nuevo van a ser ellos los que proporcion en la solución (como ocurrió en tiempos de Black y Lavoisier, Lavo isier, cuando gracias a tenerlos en cuenta se pudieron hacer cómputos de masa). Lo hacen a su manera, que es sumamente sugestiva cuando se piensa en términos de partículas. Por ejemplo, la descomposición descomposici ón electrolítica del agua produce hidrógeno y oxígeno en una proporción de masa 1:8 y en una proporción de volumen 2:1. Berzelius se fijó en la relación de volumen y consideró que indicaba que se obtenían el doble de partículas partícula s de hidrógeno que de oxígeno, con lo cual cua l expresó la fórmula del agua como H2O y otorgó al átomo de hidrógeno la masa relativa 1, y al oxígeno la masa relativa 16. Pero no todos los químicos pensaban igual. Según Se gún Avogadro, las partículas reales en los gases eran diatómicas, pero pronto se vio que esto no era cierto para todos los gases y tuvo que desestimarse su hipótesis. En cuanto al agua, al otorgarle una masa relativa 18 correspondiente a la fórmula H 2O se admitía que, en estado gaseoso, ocupaba un volumen doble que el oxígeno, O, de masa relativa 16 y el mismo volumen que 2H. Por ello, la fórmula H2O pasó a denominarse de dos volúmenes y la fórmula HO de un volumen; pero también se podía atribuir al agua la fórmula H4O2, que sería de 4 volúmenes… No nos vamos a entretener en este aspecto de la historia de las moléculas; simplemente, cabe destacar que, al no disponer de un patrón para determinar lo que era una molécula, las fórmulas no estaban unificadas ni podían estarlo tampoco las ecuaciones químicas. La teoría atómica de Dalton y Berzelius era incapaz de solucionar estos problemas y necesitaba nuevos enfoques. Era necesario nec esario aceptar la existencia de moléculas «físicas medibles» para llegar a identificar, nombrar y representar las moléculas químicas, pero no todos los químicos estaban de acuerdo en hacerlo así (Rocke, 1984).

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Hacia 1840, dos químicos jóvenes, Gehardt (1816-1856) y Laurent (1808-1853), se enfrentaron a la química oficial representada por Berzelius y otros grandes profesores del momento potenciando una visión estructural y simplificada de las sustancias según la cual los átomos de los elementos adquirían características diferentes de acuerdo con el lugar que tenían en la estructura. Laurent, especialmente motivado por sus conocimientos en cristalografía, que le sugerían una analogía entre el cristal y la molécula, revisó el maremágnum de fórmulas de las sustancias orgánicas y lo simplificó, imponiendo para todas fórmulas de dos volúmenes. Con todo ello unificó las fórmulas y las regularidades que aparecieron entre ellas y, entre las fórmulas y el comportamiento químico, abrió el camino al establecimiento de las valencias y de las fórmulas desarrolladas. También estableció claramente la diferencia entre las moléculas y los átomos: (…) el átomo es la cantidad más pequeña de un cuerpo simple que puede existir en un compuesto; la molécula es la cantidad más pequeña de una sustancia que se puede usar para producir una combinación.

Sin embargo, ambos químicos murieron sin ver reconocidas reconoc idas sus aportaciones, que no habían convencido a la comunidad de químicos de la época. En 1860 tuvo lugar el primer Congreso Internacional Internacio nal de Química, al que asistieron unos ciento cuarenta químicos. El tema más importante que se debatía era precisamente el cálculo de las masas atómicas (o, según algunos, las masas equivalentes) y la manera de calcular, a partir de ellas, las masas moleculares. Si bien muchos de los asistentes estaban de acuerdo con la opinión de Laurent respecto a las moléculas, no aceptaban, por buenas razones, que estas moléculas químicas tuvieran una existencia física real y que fueran idénticas a las moléculas físicas de la teoría cinético-molecular. Sin embargo, se disponía ya de datos muy convincentes sobre las moléculas reales en los gases y en las disoluciones (densidades de vapor, capacidades caloríficas de los gases, propiedades coligativas, isomorfismo) y Stanislao Cannizzaro (1828-1910), un químico italiano, acertó a relacionarlas con los datos químicos de manera tan convincente que pudo establecerse, finalmente, una lista unificada de masas atómicas y, a partir de ellas, de masas moleculares. Recordemos que, desde Dalton, estas masas eran masas químicas, puesto que se obtienen a partir de las reacciones químicas. He aquí otro rasgo esencial de la química, que no debe confundirse con número de átomos, a pesar de que ambas ideas se relacionan fácilmente. La aproximación entre la física y la química había dado buenos resultados en el sigloXVIII, pero el extraordinario desarrollo de la química químic a las había distanciado en el siglo XIX. Nuevos instrumentos, nuevas técnicas, nuevas ideas teóricas procedentes procedentes de la física abren ahora los horizontes de la química. Aparece un nuevo campo del saber, la química-física; la termodinámica, la cinética química, la teoría iónica de Arrhenius… dan nueva luz a aspectos del cambio químico aún confusos, como el estado de equilibrio químico, por ejemplo.


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La clasificación de los elementos La unificación de las masas atómicas permitió elaborar clasificaciones más acertadas de los elementos químicos. La más importante de ellas, por el impacto que ha tenido, fue la de D. Mendeléiev (1834-1907), que había asistido al Congreso y de nuevo en su país de origen, Rusia, ejercía su profesión de profesor universitario de química. Se habían descubierto muchos elementos, por análisis espectral, y era difícil facilitar su aprendizaje a los alumnos. Mendeléiev consiguió elaborar una Tabla en la que los elementos estaban clasificados c lasificados por su comportamiento químico, que se repetía periódicamente a medida que aumentaba la masa atómica. A partir de ella pudo enunciar la Ley Periódica. Su Tabla era un auténtico Sistema de (toda) la química. En ella ya no se confunde el elemento con la sustancia simple; y los elementos, element os, que no se pueden transformar unos en otros, sugieren (según hace notar en sus textos) la idea de átomos irreducibles los unos a los otros. Pero a Mendeléiev también le esperaban días amargos. El siglo XX iba a revolucionar la idea de átomo; el átomo químico iba a tener existencia física, pero, a la vez, se mostraría mucho más difícil de comprender de lo que se pensaba. Por ejemplo, Mendeléiev nunca llegaría a aceptar que todos los átomos estuvieran formados por unas mismas partículas.

El siglo de los átomos… y los retos actuales: el respeto por el medio ambiente Llegamos a finales de este siglo XIX glorioso para la química, que es ya una disciplina imprescindible para todos aquellos que se dedican a las ciencias, y de la que depende una industria muy potente. Dispone de un lenguaje simbólico con el cual representa la composición de las sustancias a partir de lo elementos que las forman…, pero pe ro no hay aún evidencias físicas de la existencia existe ncia de los supuestos átomos químicos. A finales del siglo se acumulan experimentos que muestran la complejidad interna de la materia: rayos X, radioactividad, espectros, espectros, etc. (Nye, 1996). Todos los libros de texto explican detalladamente las etapas del descubrimiento del átomo físico; no vamos a repetirlo aquí. Lo que sí debemos resaltar es que este átomo tiene también sentido químico, porque se ha formado a partir del átomo químico del siglo XIX, no al revés (Izquierdo y otros, 2009). La Tabla Periódica es, a partir de Pauling (1947), una especie de armario de electrones, que no tendría ningún sentido a menos que antes quede claro que se está hablando de sustancias reales y de los elementos irreducibles que las forman: la tabla nos continua mostrando un Sistema de química y los electrones valen en cuanto explican mejor lo que pasa. Se empiezan a dibujar ahora, a finales del siglo XX, limitaciones que modifican el entusiasmo del Renacimiento frente a las posibilidades humanas: no todo lo que puede hacerse debe hacerse, puesto que no se podría generar una nueva naturaleza si la que tenemos se deteriora

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irreversiblemente. La nueva propuesta «Gaya», según la cual la Tierra se comporta como un organismo en el cual todas las partes reciben un mismo impulso y dependen unas de otras, responde a la alarma que han suscitado algunos al gunos indicadores que muestran que se están produpro duciendo cambios a nivel planetario que podrían ser irreversibles porque alteran irremisiblemente los ciclos que aseguran la continuidad de la vida en el planeta. La visión actual empieza a ser bastante diferente a la actitud intervencionista y prepotente propia de la revolución científica; la humanidad forma parte de la naturaleza, no es superior a ella ni la domina: si la naturaleza se daña, la humanidad será una de las primeras especies en desaparecer.

¿Qué nos dice la historia a los profesores? Podemos deducir algunas lecciones a partir de lo que acabamos de ver. Son las siguientes, y vamos a desarrollarlas: 1. Comprender mejor las dificultades conceptuales que la investigación didáctica ha identificado al conocer mejor la historia de la química. 2. Conocer las dificultades, los errores y las disputas en la génesis de las ideas químicas hace al profesor más tolerante y comprensivo con las dificultades de aprendizaje de los alumnos. 3. Saber la historia proporciona ideas para el diseño de actividades para nuestras clases. Veamos la primera. La historia nos muestra la emergencia emerge ncia de los principales conceptos que ilumiilumi nan una práctica mucho más antigua. Para ayudar a superar las dificultades conceptuales de las que hablábamos en la introducción, lo primero es que los alumnos tengan referentes prácticos. Sin ellos (experimentos en los que pueden intervenir) no pueden pensar a la manera de los químiquím icos, pero sólo con ellos tampoco. Nos damos cuenta de cuáles son los puntos cruciales que necesitan estrategias didácticas muy serias: el escurridizo concepto de elemento químico, la incomprendida magnitud cantidad de sustancia y su unidad, el mol (más cercana al átomo químico-estequiométrico de Dalton que a un número, el llamado de Avogadro, que nos conduce a las paradojas de la mecánica cuántica), la estructuración estructuración de algunas sustancias (no todas) en moléculas y la cooperación entre química y física (pero sin que la química pueda reducirse a la física) para llegar a conocer las fórmulas de las sustancias; finalmente, las peculiaridades de la interacción química, puesto que las simpatías entre las sustancias no son fáciles de interpretar interpretar,, especialmente cuando dan lugar a estados de equilibrio equilibrio.. La historia nos muestra también la estrecha relación entre los conceptos emergentes y los nuevos instrumentos con los que se interviene en los cambios, así como con los nuevos lenguajes que dan entidad a a los conceptos y los hacen operativos. Y, también, la (¿necesaria?) adaptación de la química a los condicionantes económicos y los valores sociales, las limitaciones económicas y políticas, el deseo de prestigio y poder… que han condicionado también los objetivos que alcanzar.


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En lo que respecta a la segunda lección, resumiendo lo que acabamos de ver, nos damos cuenta de lo acertado que era el mito de Prometeo: el fuego, aplicado a la materia, produce cambios insospechados, que ha sido muy difícil llegar a identificar (el castigo de los dioses fue condenar a Prometeo a un trabajo agotador), y puede ser extraordinariamente útil, pero también perverso: ahora ya no es fruto del azar (la química se ha alejado definitivamente de la magia) sino del razonamiento humano, human o, que requiere decisiones que pueden ser cruciales. Así como la emergencia de las ideas y de las prácticas químicas lleva su tiempo y nunca se da por acabada, también la ciencia de los alumnos necesita su tiempo y deberá ser gestionada contando con que el futuro jugará juga rá a su favor y que llegará un futuro en el cual serán será n nuestros alumnos los protagonistas. Las dificultades, los tanteos, los errores que poco a poco han configurado lo que hoy día sabemos de química deberían hacernos a los profesores más tolerantes to lerantes con las dificultades de nuestros alumnos: su tiempo no es el de la historia, por supuesto, pero quizá tampoco es el nuestro, el de las tres horas por semana intercaladas en muchas otras disciplinas e intereses diversos. Los alumnos también viven su historia de la ciencia, con su propio futuro, y debemos ayudarles en esta tarea. En lo concerniente a la tercera lección, la historia de la química proporciona una mirada de conjunto gracias a la cual emprender nuevos diseños de la clase de Química, centrados en la comprensión y el control del cambio químico. El prototipo de químico es el de una persona que olisquea con precaución el contenido de un recipiente o bien observa a trasluz un tubo de ensayo: detecta algo que no saben ver las otras personas, hace inferenc ias a partir de indicios que detecta en los fenómenos, y que interpreta mediante teorías muy alejadas de la percepción directa; los profesores han de acompañar a sus alumnos hacia esta competencia. Ha habido y hay muchos proyectos de enseñanza que siguen esta pauta, como el proyecto «Faraday» (Grup Recerca-Faraday, 1990), y unidades didácticas enfocadas al aprendizaje de algún concepto específico utilizando la historia de la química como referencia (Grup Recerca, 1982; Bensaude-Vincent, 1994; Gutiérrez Julián, 2003; Caamaño y Maestre, 2004), así como experiencias para la formación de profesores. Recientemente (curso 2009-2010) se ha diseñado y puesto en práctica un curso telemático: «Ciència i tècnica al llarg de la història», destinado a la formación de profesores de ciencias. La ambivalencia del mito de Prometeo (la utilidad práctica y el desafío a los dioses) acompaña a la química a lo largo la rgo de todos los períodos de su historia y también tambié n ahora, formulado a la manera actual. Los fogones y los recipientes para calentar, hervir, destilar, evaporar, iluminar (el ciclotrón)… son los instrumentos que la caracterizan, así como la ilusión de llegar a tener la clave de la vida; ahora, sus instrumentos son otros, pero los retos que plantea son

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tan importantes como en el inicio. Como siempre, lo más humano es la capacidad de tomar decisiones y la posibilidad de equivocarse. Y lo más bonito de ser profesor es trabajar para continuar la historia, a través de la de nuestros alumnos.


La interpretación de la combustión de la madera y de los metales

Dejemos que la imaginación nos transporte hacia el año 1780. Busquemos algún detalle que nos proporcione el ambiente adecuado: música, peinado, vestido, temas políticos o culturales del momento. Una vez allí, implícate en un tema de gran interés: ¿cómo capturar fluidos como el calor, el aire o la electricidad mediante los nuevos instrumentos que se están fabricando? La química se interesa de una manera especial por explicar la relación entre las llamas, el aire y la calcinaciónn de los metales; sería muy conveniente llegar a capturar el flogisto, que es la sustancia calcinació que proporciona combustibilidad combustibilidad y que se desprende cuando la madera se quema y en la calcinación de los metales. Realiza la lectura del siguiente diálogo de ficción en el cual cuatro personajes relevantes en historia de la química manifiestan diferentes ideas sobre la combustión combustión de la madera y de los metales: «JOSEPH PRIESTLEY: —Nací en Inglaterra y tengo 47 años. Soy presbítero de la iglesia unitaria, disidente de la oficial. Dedico mi vida a mostrar que las maravillas del mundo, tal como nos las muestra la razón, deben acercarnos a Dios. Debo reconocer que mi situación económica es difícil, pero por suerte muchas personas me aprecian y me ayudan a mantener a mi numerosa familia. Me anima ver que mis experimentos interesan a mucha gente y que mis libros se venden bien. He realizado muchísimos experimentos, con máquinas eléctricas y neumáticas. Puedo afirmar que hay muchos aires diferentes del común: inflamable, flogistizado, desflogistizado. El primero podría ser flogisto, porque es el que desprenden los metales cuando se calcinan por la acción del calor. Me llama especialmente la atención el aire desflogistizado porque en él se respira mejor y la llama es más viva. Cuando le expliqué a aquel amigo de Benjamin, Lavoisier, que lo había obtenido calentando la cal del mercurio le interesó muchísimo… ¡Si supiera que Cavendish y yo hemos obtenido agua con este aire y el inflamable! KARL SCHEELE: —Soy sueco y tengo 38 años. Me dedico a la química desde los 14 años. He leído todos los libros de química que han pasado por mis manos, y han sido muchos. La química me ha dado muchas satisfacciones, por los muchos cuerpos nuevos que he obtenido, pero también he estado a punto de matarme muchas veces. Por suerte, importantes profesores han


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valorado mi trabajo, a pesar de que yo no soy más que un humilde farmacéutico, cercano a mi familia y a mi país. La química está ahora en un momento importante, porque ha de decidir cuáles son los elementos de los cuerpos, y yo dudo que sean el aire, el agua, el fuego y la tierra. Hace años (¡en 1770!) vi que el vitriolo desprende un aire que aviva la llama y lo llamé aire vitriólico, pero ahora lo llamo Aire del Fuego y ya sé que es sólo una parte fija del aire común, precisamente aquella que respiramos. Me he dado cuenta de que los cuerpos que desprenden flogisto consumen este aire. He visto también que cuando el calor se combina con la cal de plata queda libre este mismo Aire del Fuego. Lo que no he llegado a descubrir es lo que se forma en la combinación entre el Aire del Fuego y el flogisto. Creo que se podría formar calor y así se explicaría lo que ocurre al calentar la cal de plata: el flogisto forma plata y se desprende el Aire del Fuego. Esto es interesante porque evidencia que el aire no es un elemento, y el fuego (calor) tampoco. En Inglaterra se ha publicado un libro muy interesante sobre aires de J. Priestley (que, por cierto, es un gran filósofo pero no tiene ni idea de química). Me han dicho que las clases de Black sí que son claras y ordenadas. Lavoisier, de la Academia de París, me ha ayudado ofreciéndome la lupa que le pedí para calentar la cal de plata; es gentil y educado, pero no acabo de entender a qué se dedica. ANTOINE L. L AVOISIER: —Soy abogado, miembro y secretario de la Academia de Ciencias, director de la Régie de Poudre, asesor del gobierno en cuestiones de salud pública, industria y ciencia, miembro de la Ferme Génerale y diputado. Siempre he pensado que yo sería el fundador de una nueva química y creo que lo estoy esto y consiguiendo. Estoy tomando clases cla ses de química para reforzar mis ideas. Por cierto, me he comprado la balanza más cara de París, creo que es la mejor del mundo. Estoy pensando llamar oxígeno (que significa «generador de ácidos», en griego) a este aire del fuego del que habla Scheele o aire desflogistizado de Priestley. Quzá va a parecer extraño este nombre a los químicos que se aferran a explicaciones confusas, pero yo creo que sería apropiado, porque tiene la ventaja de ser uno nuevo, universal y apropiado a una época que ha conseguido que las ciencias sean objetivas y cuantitativas. He dejado claro que, cuando se calienta la cal de mercurio, el calórico se combina con la base del oxígeno que estaba en la cal y se forma gas oxígeno, quedando libre el mercurio. Esto explica por qué aumenta la masa de los metales cuando se calcinan: calc inan: adquieren la base del oxígeno y desprenden calórico. Los libros de Priestley y los experimentos de Scheele sobre la descomposición de la cal de plata me han dado muchas ideas, pero, como veis, puedo llegar a ofrecer una teoría sobre el aire que es mejor que la de aquel predicador y la de este boticario, que utilizan un lenguaje tan poco elegante. Tengo aún una duda. Creo que se podría prescindir del flogisto, que no llegamos a poder aislar y que parece tener una masa negativa. Pero no me acabo de decidir: ¿y si el flogisto fuera lo que llamamos aire inflamable?

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JOSEPH BLACK: —Soy profesor de Química en la Universidad de Edimburgo. Nací hace 53 años. Creo que soy un buen profesor, porque mis clases están siempre llenas y en ellas explico siempre cosas nuevas, bien fundamentadas en experimentos. Uno de mis mejores discípulos ha estado en París con este pedante de Lavoisier (¿qué química puede saber un abogado dedicado a los negocios?) y ha vuelto, sorprendentemente, con ideas muy interesantes. Sin embargo, encuentro que Lavoisier insiste demasiado en decir que sus nombres y sus ideas son mucho mejores que las l as tradicionales, todas ellas bien bie n corroboradas por experimentos. Es verdad que en los últimos tiempos se va viendo que, al mismo tiempo que se desprende flogisto de los metales, cuando se queman se produce la precipitación de una parte del aire. Esto podría explicar el aumento de masa que se produce y es mejor que suponer que el flogisto tiene masa negativa; es una idea interesante que a mí también me ha tentado, aunque voy a dejar que sean mis alumnos quienes la desarrollen. En fin, que estos franceses quieren que bailemos al son de su música. Y aún acabarán matándose unos a otros, con este asunto de limitar el poder del rey; en Inglaterra ya hace tiempo que lo hicimos sin tanto escándalo.» Y, ahora, escúchalos diez años después: «PRIESTLEY: —Lavoisier nos quiere hacer creer que el flogisto no existe porque no se puede pesar. Creo que es una estupidez pensar que lo que no se puede pesar no es material y nunca estaré de acuerdo con esto. Pero la verdad es que la rutina de la química nunca me ha interesado demasiado. Lo que sí que me interesa es lo que está pasando en Francia… ¡Deberíamos tomar ejemplo! Nuevos tiempos requieren un nuevo orden político. BLACK: —Lavoisier me ha escrito y quiere que le dé la razón, que el flogisto no existe y que el aire desflogistizado debe llamarse oxígeno. La verdad es que tanto me da, yo explico lo mismo con flogisto que con oxígeno. Me halaga que el presumido de Lavoisier me pida ayuda. Ya veré que hago; la situación política de Francia quizá me ahorrará ahorrar á tener que tomar partido, y además ya soy viejo y no duraré mucho. Cuando en clase nos toca el tema de la combustión, dejo que sean mis ayudantes jóvenes los que lo expliquen. A ellos les gusta más que a mí esto del oxígeno. Priestley tampoco está de acuerdo con las explicaciones de Lavoisier. Este apasionado presbítero terminará mal: le gustan las ideas de los revolucionarios de Francia y esto no gusta nada en Inglaterra. UN AMIGO DE SCHEELE: —Os leeré un fragmento de un diario de Karl (Scheele), el querido y añorado amigo de todos, que murió hace cuatro años: Lavoisier me ha tratado muy mal en una reseña que ha hecho de mi libro Tratado químico del Aire y del Fuego . Me ha decepcionado. ¿Cómo puede criticar lo que yo escribí en un momento en el que él aún creía que los metales contenían aire y desconocía las ideas más básicas de la química? No tiene en cuenta que fui el primero en identificar una parte del aire como Aire del Fuego y en explicar por qué se obtiene al calentar la cal de plata y de mercurio (…)


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(…) Leer la crítica de Lavoisier a mi libro, que se había traducido al francés sin yo saberlo, ha sido uno de los disgustos más grandes de mi vida. LAVOISIER: —Soy yo quien ha hecho progresar la química, y no los químicos franceses, como dicen algunos. Mi libro no se vende muy bien, porque en estos tiempos falta serenidad para darse cuenta de que yo he conseguido un lenguaje nuevo, claro y universal, para la química. No me gusta hablar de ello, pero reconozco reconoz co que fue una suerte saber que el aire inflamable inflama ble y el aire vital formaban agua. Scheele, Priestley y Black lo sabían, pero no sé de qué les sirvió saber tanta química práctica si no supieron ver que el flogisto era innecesario. Quizás he sido injusto con Scheele, porque aprendí mucho de él. Pero se han de combatir las explicaciones equivocadas, y mi explicación sobre lo que ocurre al calentar la cal de mercurio es mejor que la suya, porque se puede razonar con los resultados de la balanza (claro que en el caso del calórico no es suficientemente sensible y no se aprecia, aunque se puede medir con el calorímetro). Me preocupa la situación política… El rey lo tiene mal.» A partir de esta esta lectura, realiza realiza las siguientes siguientes tareas: tareas: • Transforma las lecturas en dos mapas conceptuales: uno de ellos, donde se ponga en evidencia cómo se interpretaba la combustión de la madera y de los metales en 1780, y el otro, en 1790. • Amplía el diálogo de ficción de manera que requiera una una argumentación por parte de algualguno de los protagonistas. Por ejemplo: «Priestley viaja a Suecia y se encuentra con Scheele en una diligencia. Se reconocen el uno al otro y empiezan a hablar de los nuevos aires que se van descubriendo. Scheele argumenta que es mejor llamar Aire del Fuego que aire desflogistizado al aire que se desprende al calentar la cal de plata.»

Actividad 2

Lectura teatralizada

Transforma algún fragmento de la lectura anterior en una discusión teatralizada que pudiera servir para ser representada por los alumnos. No es necesario llegar a una conclusión, conclusión, sino que es suficiente identificar el problema y destacar la función de los nuevos instrumentos instrumentos en la identificación de situaciones problemáticas y en su resolución. Se puede diseñar de diferentes maneras: • Organizar cuatro grupos, representando a los cuatro científicos. En la la discusión interviene un portavoz, al cual los miembros del grupo proporcionan argumentos. • Centrarse en sólo dos interlocutores, uno uno de ellos Lavoisier. Organizar dos grupos que representan en un póster las posiciones antagónicas.

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Actividad 3

Narración contextualizada

Selecciona algún otro episodio histórico de emergencia-construcción de conocimiento que corres ponda a uno de los concep conceptos tos importan importantes tes del currícu currículo lo y transfó transfórmalo rmalo en una narraci narración ón context contextualiualizada, teniendo en cuenta el fenómeno, los instrumentos con los cuales se interviene en él, la situación en la que se produce la pregunta o discusión y las estrategias de resolución.

FUENTES Y RECURSOS BENSAUDE-VINCENT, B. y STENGERS, I. (1997). Historia de la química. Madrid: Addison Wesley-Universidad Autónoma de Madrid. Este libro permite apreciar la sucesión de perfiles muy distintos de la química: al principio, una ciencia polimorfa; más tarde, una ciencia que ocupa un territorio, un nicho en la filosofía natural del siglo XVIII; a continuación, una ciencia modelo de positivismo, prestigiosa, que constituye el fundamento de muchos sectores sectore s industriales prósperos; por último, una ciencia al servicio de la física, de la biología y de los imperativos de la producción industrial. BERTOMEU, J.R. y GARCÍA BELMAR, A. (2006). La revolución química. Entre la historia y la memoria. Universidad de Valencia. Este libro analiza la transformación que situó a la química en una posición destacada entre las ciencias en la segunda mitad del siglo XVIII. BROCK, W.H. (1992). Historia de la química. Madrid: Alianza. Una exhaustiva historia de la química que analiza los paradigmas, los desarrollos y los cambios en el devenir del conocimiento químico. Contiene un capítulo sobre la historia de la enseñanza de la química en los siglos XIX y XX y otro sobre las publicaciones químicas, de gran interés. Colección Científicos para la Historia. Madrid: Nivola Colección de biografías sobre científicos escritas con rigor y honestidad. Entre los químicos encontramos a Lavoisier, Dalton, Faraday y Mendeléiev. Curso telemático «Ciència i tècnica a través de la història» para el profesorado de ciencias. Societat Catalana d’Història de la Ciència i de la Tècnica (SCHT)-Departament d’Educació. Aborda los siguientes temas de historia de la química: La materia; Elementos y compuestos; El atomismo químico y el interior del átomo; La ordenación de los elementos; Los cambios en la materia; La combustión: Stahl, Priestley y Lavoisier; El cambio químico y la electrici-


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dad: Galvani, Volta y Faraday; La radioactividad: Curie y Rutherford. Rutherford . Disponible en línea en: . pdf>. GRUP DE RECERCA-FARADAY (1990). Química Faraday . Barcelona: Teide. Proyecto de Química para la educación secundaria que presenta los conceptos químicos a través de actividades en las que se plantean preguntas similares a las que se plantearon los químicos a lo largo de la historia. De especial interés son los temas Naturaleza atómica de la materia, La ordenación de los elementos, La naturaleza eléctrica de la materia: iones, El descubrimiento del electrón y Los primeros modelos del átomo, para comprender la filosofía del proyecto.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BENSAUDE-VINCENT, B. (1994). Construire le tableau périodique des éléments. Bulletin de l’Union des Physiciens, 766, 1109-1121. BENSAUDE-VINCENT, B. y STENGERS, I. (1997). Historia de la química. Madrid: Addison Wesley - Universidad Autónoma de Madrid. BERNATOWICZ, A. (1970). Dalton’s rule of simplicity. Journal of Chemical Education, 8, 577-579. BROCK, W.H. (1992). Historia de la química. Madrid: Alianza. CAAMAÑO, A. (2003). La enseñanza y el aprendizaje de la química. En M.P. Jiménez-Aleixandre (coord.), Enseñar Ciencias. Barcelona: Graó. CAAMAÑO, A. y MAESTRE, G. (2004). La construcción del de l concepto de ión, en la intersección inte rsección entre el modelo atómico-molecular y el modelo de carga eléctrica. Alambi Alambique que, 42, p. 29. DRIVER, R., y otros (1999). Dando sentido a la ciencia en secundaria. Madrid: Aprendizaje Visor. ERDURAN, S. y SCERRI, E. (2002). The nature of chemical knowledge and chemical education. En J. Gilbert y otros (eds.). Chemical Education towards Research-Based Practice (pp. 7-27). Dirdrecht: Kluwer Academic Publishers. ESTEBAN, S. (2001). Introducción a la Historia de la química. Madrid: UNED. FURIÓ, C., AZCONA, R. y GUISASOLA, G., (1999). Dificultades conceptuales y epistemológicas del profesorado en la enseñanza de los conceptos «cantidad de sustancia» y «mol». Enseñanza de las Ciencias, 17 (3), 441-452. GRAPÍ, P. e IZQUIERDO, M. (1997). Berthollet’s conception of chemical change in context. Ambix, 44 (3), 113- 130. GRUP RECERCA (1982). La tabla periódica de los elementos: una introducción histórica mediante un método activo, Cuadernos de Pedagogía, 90, p. 57. GRUP RECERCA-FARADAY (1990). Química Faraday . Barcelona: Teide. GUTIÉRREZ JULIÁN, M.S. (2003). La clasificación periódica de los elementos químicos, Alambique, 38, 54-61. GYUNG KIM, Mi (1992). Layers of chemical language. I. Constitution of bodies versus v ersus structure of matter. History of Science, 30, 69-96. HANNAWAY, O. (1975). The Chemist and the word . Baltimore and London: Hopkins University Press. IZQUIERDO, M., y otros (2009). Physical Construction of the Chemical Atom: Is It Convenient to Go All the Way Back? Science & Education, 18, 443-453. KRNEL, D., WATSON, R. y GLAZAR, S.A. (1998). Any Survey of research related of the development of the concept of matter. International Journal of Science Education, 20 (3), 257-289. LEVI, P. (1999). El Sistema Periódico. Madrid: Alianza. MEINEL, C. (1988). Early seventeenth-century atomism. Theory, epistemology and the insuffiency of experiment. Isis, 79, 68-103.


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4. FRONTERAS DEL CONOCIMIENTO Y DE LA INVESTIGACIÓN EN FÍSICA


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La búsqueda de la clave del universo El dilema de la energía energía La investigación sobre el clima Conclusiones

Josep Enric Llebot Universidad de Barcelona La física del siglo XX se ha caracterizado por un gran progreso, tanto desde el punto del conocimiento como desde el punto de vista de la tecnología. Ha sido el siglo de la mecánica cuántica, la energía nuclear, los aceleradores de partículas, el transistor, el láser, la materia oscura, la energía oscura y el Big Bang, y de múltiples dispositivos que permiten ver lo más intrincado de la materia y detectores que sondean el universo y el planeta con detalle. Una prospectiva lógica nos lleva a afirmar que durante el siglo XXI se seguirá trabajando en construir una historia completa del universo y, por lo tanto, en comprender el difícil maridaje entre la teoría cuántica y la gravitación. gravitac ión. Hay sin embargo muchas preguntas importantes que responder sobre el funcionamiento del cerebro, de las máquinas biológicas o de la información que contiene el genoma. Para tratarlas hacen falta nuevas ideas y principios que permitan describir los sistemas complejos de la vida. Otro tema crucial es la energía. Las necesidades crecientes de energía que provienen de nuevas economías emergentes y el agotamiento previsible de los recursos fósiles hacen que, tanto desde el punto de vista científico como tecnológico, se dediquen muchos esfuerzos a investigar en sistemas de almacenamiento de energía, al desarrollo de la energía de fusión o a mejorar la eficiencia del uso de la energía. La visión del universo no se limita a intentar descifrar las claves de su origen, sino a saber si con más de 350 planetas conocidos actualmente estamos solos, lo

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cual puede abrir profundos interrogantes para la astronomía, pero también para la biología y para la visión que tenemos de nosotros mismos. Durante el siglo XX también nos hemos dado cuenta de la complejidad de muchos sistemas. Uno de los retos de este siglo es, pues, comprender la complejidad y la emergencia de los comportamientos macroscópicos. En este contexto, problemas distantes como el clima y la superconductividad pueden encontrar una raíz común de análisis e interpretación.

La búsqueda de la clave del universo El espacio, el tiempo y la materia se originaron a partir del Big Bang, la gran explosión que se dio hace 13.700 millones de años. Pocos instantes después del Big Bang empezaron a formarse los primeros elementos básicos de la materia, los quarks y los electrones. Unas cuantas millonésimas de segundo más tarde, los quarks se agregaron formando protones y neutrones, los cuales, a su vez, tres minutos más tarde formaron núcleos de átomos. Cuando habían pasado 380.000 años, los electrones fueron captados por los núcleos y se formaron los primeros átomos, hidrógeno y helio, actualmente los elementos más abundantes del universo. Pasados 1,6 millones de años, por acción de la gravedad empezaron a formarse nubes de gas, estrellas y galaxias. Los átomos pesados como el carbón, el oxígeno y el hierro se formaron en los núcleos de las estrellas y comenzaron a dispersarse por el universo cada vez que una estrella acababa su ciclo con una espectacular explosión, como una supernova. Sin embargo, este convulso escenario sólo da cuenta de una pequeña fracción, apenas el 4%, de todo el universo, los planetas y las galaxias. Parece que el «misterio» está precisamente en lo que no se ve, en el «vacío» que todo lo envuelve. Actualmente se piensa que el resto del universo está formado por materia oscura (26%) y energía oscura (70%). No emiten radiación electromagnética y únicamente se cree que las detectamos a partir de sus efectos gravitacionales. Su naturaleza y el papel que jugaron en la evolución del universo son todavía un misterio.

El modelo estándar Durante el siglo XX se ha elaborado la visión que hoy se tiene de la estructura fundamental de la materia. El universo visible se explica a partir de doce partículas elementales y de cuatro interacciones fundamentales. El modelo estándar describe cómo estas doce partículas y tres de las cuatro interacciones fundamentales están relacionadas y una ingente cantidad de experimentos da soporte a esta teoría física. Hay de dos tipos de partículas de materia, los quarks y los leptones (Ynduráin, 2006). Cada grupo está formado por seis partículas que se agrupan en pares o generaciones. Las cuatro interacciones fundamentales, la interacción fuerte, la interacción débil, la interacción gravitatoria y la interacción electromagnética, tienen magnitudes distintas y actúan en rangos espaciales distintos. La gravedad es la más débil, pero tiene un alcance infinito. La fuerza

FRONTERAS DEL CONOCIMIENTO Y DE LA INVESTIGACIÓN EN FÍSICA

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electromagnética tiene también un alcance infinito y es mucho más fuerte que la gravedad. La fuerza nuclear fuerte y la fuerza débil son de corto alcance y son efectivas únicamente a la escala de las partículas subatómicas. La fuerza nuclear fuerte es la más fuerte de las cuatro y la fuerza débil es más intensa, a pesar de su nombre, que la fuerza gravitatoria. Tres de las cuatro interacciones fundamentales resultan del intercambio de partículas que pertenecen a un grupo denominado bosones. Las partículas materiales intercambian cantidades discretas de energía intercambiando bosones, específicos para cada fuerza. fuerza . Así, los gluones son las partículas responsables de la fuerza nuclear fuerte, los fotones de la interacción electromagnética y los bosones W y Z de de la fuerza nuclear débil. El gravitón sería la partícula responsable de la interacción gravitatoria, pero no se ha encontrado todavía. El modelo estándar incluye las fuerzas electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil y todas las partículas que las caracterizan, y explica extremadamente bien cómo estas fuerzas actúan en las partículas con masa. Sin embargo, la fuerza de gravedad no forma parte del modelo, ya que la inclusión de la gravedad en el modelo se ha antojado una experien cia difícil. Hasta ahora, parece imposible reunir en el contexto del modelo estándar la teoría cuántica que describe el mundo muy pequeño y la teoría general de la relatividad que describe el mundo macroscópico. Afortunadamente, a la escala de las partículas elementales el efecto de la gravedad es despreciable, por lo que el modelo estándar nos da una descripción muy plausible del mundo microscópico, aunque no pueda incluir una de las cuatro interaccio nes fundamentales. Pero… eso no es todo. Hay otras cuestiones importantes que no puede resolver, como qué es la materia oscura, qué le ocurrió a la antimateria y otras cuestiones, y hay una partícula fundamental para el modelo mod elo estándar que hasta la fecha no ha sido encontrada todavía por ningún experimento, que es el bosón de Higgs. Los experimentos se realizan en los grandes aceleradores de partículas del mundo, y el que está más preparado para descubrirlo es el recientemente construido gran colisionador de hadrones LHC (en sus siglas en inglés, large hadron collider ) del CERN, en Ginebra. La idea es que a muy altas energías todas las interacciones fundamentales constituyen una única fuerza, la «superfuerza» que se dio en los primeros instantes del universo. Pasados estos instantes, se desacopló la gravedad y las fuerzas electromagnéticas, nucleares fuertes y nucleares débiles eran probablemente una misma fuerza denominada fuerza electrodébil . Actualmente no se dispone de ninguna máquina que pueda probar de forma directa estas ideas, pero sí que se pueden ver las consecuencias de la gran unificación de las cuatro fuerzas a energías menores en el LHC. Que la unificación de la fuerza electrodébil funcione matemáticamente requiere que las partículas transmisoras de la fuerza no tengan masa. ma sa. Pero esto sabemos que no es cierto. Para resolver este problema se ha sugerido que todas estas partículas no tuvieron masa justo después del Big Bang. Cuando el universo univ erso se enfrió en frió por debajo de un valor crítico, se formó una fuerza invisible, denominada campo de Higgs, con una partícula asociada, denominada bosón de Higgs.

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Este campo domina en el cosmos y todas las partículas que interaccionan con el campo tienen una masa por la vía del bosón de Higgs. Cuanto mayor sea la interacción mayor es la masa, mientras que las partículas que no interaccionan con el campo no tienen masa. Esta teoría fue aceptada y resolvió muchas cuestiones planteadas en el contexto de la teoría estándar, pero el problema es que el bosón de Higgs no se ha observado todavía.

La antimateria Otra cuestión fundamental que no está resuelta y que dará que hablar se refiere a la antimateria. Paul Dirac desarrolló una teoría que combinaba la mecánica cuántica y la relatividad especial de Einstein y que lo llevó a una ecuación básica que tiene dos soluciones, una para el electrón y otra para una partícula idéntica pero con carga opuesta, el positrón . En el año 1932 se descubrió el positrón en los rayos cósmicos. Desde entonces, en los laboratorios de partículas se han generado siempre pares de partículas y antipartículas, pero nunca una de ellas sola. El escenario debió ser el mismo durante el inicio del universo, cuando se supone que se produjeron cantidades iguales de partículas y antipartículas. Pero si la materia y la antimateria, cuando se ponen en contacto, se aniquilan y nosotros, los planetas y las galaxias, con sus millones de estrellas, existimos, ¿donde está la antimateria, o por qué existimos? ¿Por qué vivimos en un universo formado exclusivamente por materia? El tema está abierto.

El dilema de la energía Nuestra sociedad está donde está gracias a que ha dispuesto de fuentes de energía intensas y baratas, los combustibles fósiles. Sin embargo, no hay disponibilidad de éstos para mucho tiempo, y además su uso produce problemas ambientales (Gore, 2010). Por ello, el encontrar nuevas fuentes energéticas, como como la energía de fusión, es un objetivo largamente largamente perseguido por la ciencia ci encia y por los gobiernos. Por otro lado, hay otro aspecto extraordinariamente importante referido a la energía eléctrica, que es su almacenamiento. El desarrollo de baterías y de sistemas de almacenamiento de energía eficientes y rápidos de recargar es uno de los retos en los cuales la ciencia y la tecnología actuales se hallan inmersos. En este sentido, es interesante atender las consideraciones que recientemente planteaba un documento del Departamento de Energía de Estados Unidos acerca de unas cinco áreas de la investigación básica en física que pueden incidir en las disciplinas energéticas: 1. Control de los procesos al nivel de los electrones. Probablemente, en las próximas décadas se pasará del estudio de cómo están organizados los sistemas cuánticos al estudio de cómo funcionan y, en definitiva, definitiv a, cómo hacerlos funcionar para obtener un resultado determinado. Para conseguir este objetivo habrá que conseguir el control de los electrones en una escala de tiempo de atosegundos (10-18 segundos). Los atosegundos representan la escala de tiempo en que se mueve la dinámica electrónica de los átomos. Un átomo es una nube compuesta esencialmente de vacío en el seno


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de la cual se encuentra un núcleo orbitado por electrones. Son los movimientos de electrones los que se miden en atosegundos, y su dinámica es la que genera las fluctuaciones de energía procedentes del átomo. átomo . Hace mucho tiempo que la ciencia persigue la observación y la medida de estos fenómenos íntimos de la materia, pero no ha sido hasta la llegada de los láseres que este conocimiento conoc imiento ha avanzado realmente. realmen te. Son precisamente rayos láser ultrarrápidos (también llamados láseres femtosegundos, de 10-15 segundos), hechos con pulsaciones ultracortas de rayos X, los que han permitido tomar fotos íntimas de la materia en sus procesos más elementales. Por otro lado, si se controla el proceso de la superconductivi superconductividad dad durante el siglo XXI podrán conseguirse materiales y procesos con propiedades muy buenas para el transporte de energía. 2. Diseño de materiales con propiedades a medida que potencien especialmente la eficiencia energética. Lo que se pretende en la ciencia y la ingeniería de materiales es controlar el movimiento de los electrones durante algunas reacciones químicas y algunos procesos. Este control permitiría la creación de nuevos materiales con propiedades que se ajustaran a las necesidades tecnológicas de nuevos dispositivos, como, por ejemplo, de materiales que aguanten las muy altas temperaturas que se producen en un reactor durante la fusión. Lo que se pretende sería una especie de síntesis directa de materiales que permitiera construir materiales con unas propiedades definidas a priori como como la conducción de electricidad, de calor o de radiación, su resistencia a la corrosión y a la temperatura, etc. 3. Comprensión de las propiedades de la materia que emergen de correlaciones comple jas a escala atómica y electrónica electrónica. Entender las causas que producen un determinado comportamiento colectivo de la materia es un tema de investigación emergente. Las partículas –ya sean átomos, moléculas o electrones e incluso entidades mayores como granos de arena, células de un organismo o rocas magnéticas– experimentan multitud de fenómenos donde se puede encontrar un comportamiento colectivo como la superconductividad, las transiciones de fase, los plasmas, el cambio climático, las colonias de células o el funcionamiento del cerebro. La primera parte del reto científico es descubrir las reglas fundamentales de este comportamiento colectivo, pero la segunda y quizá la más importante es conse guir controlarlas, puesto que ya se dispone de herramientas y tecnología para incidir en las partículas en nanoescalas. Las aplicaciones son muy variadas, pero desde la perspectiva energética las propiedades colectivas de los electrones en sólidos son especialmente importantes. Hay materiales que muestran fuertes correlaciones bajo condiciones ordinarias en fenómenos como el magnetismo, la superconductividad y la ferroelectricidad. Si se consigue el mismo nivel de comprensión de los procesos colectivos que del que se tiene de los semiconductores se alcanzarían extraordinarios logros, como la transmisión de energía prácticamente sin pérdidas. pérdida s. Sin embargo, no será una tarea fácil, ya que el reto es teórico y práctico.

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4. Nuevos conocimientos que pueden inspirarse en estructuras vivas, en la nanoescala. Aprender cómo los sistemas biológicos utilizan la energía y las fluctuaciones puede conducir directamente a nuevos dispositivos tecnológicos con nuevas aplicaciones. Los sistemas biológicos están formados por las mismas bases materiales y siguen las mismas leyes fundamentales de los materiales construidos tecnológicamente. Pero tienen propiedades emergentes que no tienen parangón en los sistemas mecánicos, como la transducción química, la adaptación, la comunicación y la autorreparación. Si se observan los motores moleculares, se parecen mucho a los motores mecánicos diseñados y, en cambio, las maquinarias moleculares funcionan de forma notablemente distinta de las máquinas humanas, frecuentemente debido a que se estructuran en comportamientos físicos que sólo se dan en nanoescalas. Los sistemas biológicos suponen por sí mismos una meta que físicamente puede alcanzarse con la nanotecnología. Las formas en que los nanosistemas vivos manipulan la energía, la entropía y la información proporcionan lecciones que deben aprenderse para poder replicar estas sofisticadas tecnologías. Sin embargo, conceptualmente no está claro cómo debe emprenderse esta tarea y habrá que comprender las configuraciones físicas de los sistemas biológicos a nanoescala y conectar las funciones de nanoescala con el mundo macroscópico. 5. Caracterización y control de la materia en un estado muy alejado del equilibrio. Todos los procesos naturales y los tecnológicos se dan en situaciones alejadas del equilibrio en todo tipo de escalas espaciales y temporales. El equilibrio es entonces una abstracción práctica para empezar a comprender cómo se comportan los sistemas. La comprensión sobre cómo se comportan los sistemas materiales fuera del equilibrio es también uno de los retos del siglo XXI que puede ser utilizado para mejorar la predicción de terremotos y de mareas o para construir materiales muy resistentes y autorreparadores. Pero la comprensión de los fenómenos de no equilibrio requerirá responder a cuestiones fundamentales y complicadas com plicadas hoy, como cuáles son las reglas generales que se aplican para la relajación microscópica en escalas extraordinariamente largas, cómo pueden controlarse los procesos de no equilibrio en nanoescalas na noescalas o si es posible diseñar sistemas artificiales que reproduzcan cómo funcionan los sistemas biológicos.

La energía de fusión A pesar de los amplios ámbitos tratados, desde el punto de vista de la ciencia fundamental hay un objetivo básico, desde la perspectiva de la energía, en el que se centrarán muchos esfuerzos económicos y humanos. Este objetivo es el disponer de forma operativa de energía de fusión. Hay millones de estrellas en el universo, cuyo mecanismo de liberar energía es la fusión nuclear. En nuestro Sol, núcleos de hidrógeno chocan entre ellos a gran energía y se fusionan dando lugar a núcleos de helio. La repulsión electrostática que se ejercen los núcleos entre sí es vencida por la energía que llevan los núcleos a causa de las elevadas


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temperaturas del núcleo de la estrella. La masa del núcleo de helio resultante es inferior a la masa de los núcleos de hidrogeno que la forman, y la diferencia da lugar a la energía producida por la reacción. Cada segundo, el Sol transforma 600 millones de toneladas de hidrógeno en helio, emitiendo una enorme cantidad de energía. En la Tierra, esta reacción se ha conseguido llevar a cabo siempre en condiciones incontroladas, es decir, en bombas. El objetivo es conseguir que se produzca en un reactor controlado, de modo que la energía producida en la reacción pueda aprovecharse. Se ha determinado que la reacción de fusión más adecuada en un reactor sería la del deuterio con el tritio, ya que ésta se da produciendo la mayor cantidad de energía a la «menor» temperatura. Esta temperatura resulta ser de 100 a 150 millones de grados. grad os. En estas condiciones, los electrones se separan del núcleo y resulta un gas de electrones y núcleos denominado plasma, un gas con carga eléctrica. El gas debe confinarse y calentarse a altas temperaturas durante el tiempo adecuado para que se produzcan suficientes reacciones de fusión para liberar suficiente energía que supere, de forma continua, la aportación realizada para que se dé el proceso. El deuterio puede destilarse del agua y, por lo tanto, prácticamente supone una fuente inagotable. La producción de deuterio es un proceso rutinario en aplicaciones industriales y científicas. El tritio, en cambio, sólo existe en la naturaleza en forma muy poco perceptible, pero en cambio puede producirse en las reacciones de fusión por contacto con el litio: el tritio es engendrado cuando los neutrones producidos por la reacción de fusión del deuterio con el tritio escapan del plasma e interaccionan con c on el litio contenido en la pared del reactor. Un gran reto científico es saber cómo conseguir estas temperaturas tan altas. Hay dos métodos: mediante el confinamiento magnético o mediante confinamiento inercial, ambos ob jeto de considerables esfuerzos de investigación investigación.. El confinamiento magnético se consigue mediante un tokamak , una máquina que usa enormes campos magnéticos para mantener y controlar el plasma en un recinto de forma toroidal. Los campos magnéticos cambiantes que controlan el plasma también lo calientan, calienta n, ya que crean mediante inducción intensas int ensas corrientes eléctricas que impulsan los electrones y los iones, que chocan entre sí. Estos choques crean resistencia, la cual a su vez produce calor. Pero este procedimiento es limitado, ya que, paradójicamente, a medida que la temperatura del plasma aumenta, su resistencia –y, por lo tanto, el efecto del calentamiento– disminuye. Para alcanzar las temperaturas necesarias para la ignición hace falta, pues, un calentamiento externo. En algunos proyectos, como el proyecto internacional ITER, dedicado a construir un reactor experimental de fusión en Cadarache (Francia), esta energía adicional se obtiene inyectando un haz de partículas neutras que chocan con las del plasma transfiriéndoles energía y con ondas electromagnéticas de alta frecuencia, que transfieren energía de una forma análoga a como lo hace un horno de microondas en una cocina doméstica.

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El confinamiento inercial comporta comporta calentar y comprimir los elementos que han de fusionarse por la acción de haces de partículas y de luz láser. Así pues, se somete a intensa radiación el recinto donde se halla el combustible, deuterio de uterio y tritio, mediante potentes fuentes que hacen hac en implosionar el combustible y lo comprimen hasta calentarlo a la temperatura a la cual se da la fusión. Cuando esto ocurre, la ignición es posible.

La investigación sobre el clima Una de las ideas científicas que más han arraigado durante el siglo XX es el convencimiento de que las actividades humanas pueden cambiar el clima de la Tierra. Esta percepción contrasta con la idea reinante en el siglo XIX según la cual el clima c lima se consideraba un concepto estático, invariable en una escala de tiempo humana. Al final del siglo XIX se tenía el convencimiento de que todos los cambios a gran escala del clima se producían muy lentamente y que a escala humana los cambios eran imperceptibles. Una de las cuestiones que se debatían era la influencia de la composición química de la atmósfera. Svante Arrhenius, un científico sueco, pensaba que las glaciaciones del pasado quizá se debieran a cambios en la composición atmosférica de CO2, y así calculó que en ese caso, en una glaciación, la concentración de CO2 se reducía a la mitad. También estudió qué le ocurriría a la temperatura si la concentración de CO2 se doblase, obteniendo que podría aumentar entre 5 °C y 6 °C, lo que interpretó como un aspecto positivo, ya que, desde la perspectiva de un sueco, los inviernos un poco más suaves suponían un impacto positivo del calentamiento de la atmósfera. No obstante, previó que la Tierra tardaría miles de años en alcanzar esta concentración del gas carbónico. La noción era que las actividades humanas podían alterar el clima favorablemente en la época que se habían descubierto los rayos X, la electricidad y el radio: ¿quién podía pensar, entonces, que el progreso podía dar problemas? Las ideas de Arrhenius pasaron sin pena ni gloria durante buena parte del siglo XX porque era impensable que se tuviera capacidad para influir sobre el clima, idea que no cambió ni cuando un ingeniero inglés, Guy Stewart Callendar, evaluó medidas del CO2 atmosférico y concluyó que había aumentado un 10%, planteando que este aumento era precisamente la causa del clima cálido de esos años (Weart, 2006). Ciertamente, era demasiado pronto para que las actividades humanas pudieran percibirse como causa de un aumento de la temperatura, ya que este aumento realmente no se puede constatar hasta la década de 1980. En 1960, Charles David Keeling pudo anunciar sobre la base de medidas experimentales continuas que la concentración de CO2 crece continuamente y que por análisis isotópicos puede afirmarse que este aumento se debe a las actividades humanas. De esta época datan los intentos de cultivar nubes y las propuestas de esparcir hollín por el hielo para fundir una parte y conseguir un aumento de la temperatura en las regiones árticas, y de esparcir materiales en los océanos o en la atmósfera para reflejar la radiación solar y con-


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seguir el efecto contrario, un enfriamiento. En la década actual aparece un texto, La primavera silenciosa, de Rachel Carson (2001), que pone de relieve la capacidad humana de producir transformaciones sustanciales en el medio ambiente y que supone un giro en la visión conceptual sobre las relaciones entre los humanos y la naturaleza que dará origen a los actuales movimientos ambientalistas. Hoy no hay ninguna duda de que los gases con efecto de invernadero están aumentando, que el origen de ese aumento son las actividades humanas y que los cambios en la concentración de los gases con efecto de invernadero producirá cambios en los patrones de funcionamiento de la atmósfera (Llebot, 2007). Sin embargo, quedan muchos temas desde el punto de vista científico que configurarán la investigación en clima durante los próximos años. Por un lado, aunque mayoritariamente se cree que los tiempos de respuesta del sistema climático a los forzamientos debidos a los cambios en la composición de la atmósfera son largos, hay quien opina, según resultados de análisis de la evolución de la temperatura del mar, que el tiempo de respuesta es pequeño. Este dato es importante, porque el tiempo de respuesta está relacionado con el cambio de la temperatura que se prevé cuando la atmósfera tenga una concentración de CO2 que sea el doble de la concentración que había durante el período preindustrial. Cuanto mayor sea el tiempo de respuesta, mayor será el aumento de la temperatura. Éste es un tema que se analizará con detalle en los próximos años, como seguirá estudiándose la relación entre el clima y las variaciones vari aciones de la actividad del Sol. También es un tema discutido con insistencia en los últimos años. Efectivamente, las fluctuaciones del Sol influencian el clima terrestre, pero, según la mayoría, como mucho en un 10%, mientras que una minoría argumenta que existen correlaciones importantes que muestran que la influencia del Sol representa entre un 50% y un 60% de los cambios observados en el clima terrestre. Es obvio que clarificar este punto es un elemento importante también para la caracterización ca racterización de los elementos que caracterizan el clima. Otro paquete importante de actividad científica se refiere a los modelos de cambio climático. Si bien los modelos climáticos globales funcionan moderadamente bien, tienen aún una resolución demasiado pequeña. Los modelos sirven para proyectar cómo puede cambiar el clima a escala regional, pero son incapaces de aumentar la resolución y capturar comportamientos locales. Este hecho es muy importante para establecer estrategias de adaptación a los cambios. Por lo tanto, los modeladores están trabajando intensamente intensame nte en poder proyectar cambios a escala regional, aunque hay quien se pregunta si esto será alguna vez posible. En otro orden de cosas, durante los próximos años crecerá el número de propuestas de ingeniería climática, y habrá que validarlas y, sobre todo, evaluar sus posibles consecuencias colaterales. Problemas como el conocimiento de los mecanismos precisos que determinan la circulación oceánica profunda y la difusión de gases desde la atmósfera a la superficie y de

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la superficie a las aguas profundas son elementos también fundamentales para poder predecir el futuro climático del mundo y que caracterizaran la actividad científica de los físicos que se dedican a esta disciplina, que hace tan sólo unos años se pensaba que no planteaba problemas físicos importantes y ahora configura un entorno dinámico y creativo.

Conclusiones La investigación en física ha sido uno de los pilares en los que se ha centrado el progreso científico y tecnológico de los siglos XIX y xx. Los dos «temas» que modularán el e l progreso de la física durante el siglo XXI serán probablemente la búsqueda de un mejor aprovechamiento de la energía y de nuevas nueva s fuentes, así como el conocimiento de las características más intrincadas de la materia, mostrando, como ya ha ocurrido en otras ocasiones en la historia de la física, físi ca, que al ir resolviendo unos problemas se plantean otros aún más interesantes y decisivos para el progreso del conocimiento del mundo.

ACTIVIDAD Ciclotrón Alba

Lee detenidamente el siguiente texto publicado en Europa Press el 23 de marzo de 2010 (Europa Press, 2010): «El gerente del Consorcio para la Construcción, el Equipamiento y la Explotación del Laboratorio de Luz Sincrotrón (CELLS), Mariano Sazatornil, señaló los “sorprendentes y desconocidos” campos de investigación, como la pintura o la industria cosmética, en los que trabajará el acelerador de partículas español Sincrotrón Alba, que será presentado este lunes por el presidente del Gobierno, José Luis Rodríguez Zapatero, el presidente de la Generalitat, José Montilla, Montilla, y la ministra de Ciencia e Innova Innovación, ción, Cristina Garmendia, Garmendia, en la localid localidad ad barcelonesa de Cerdanyola del Vallès. El proyecto, cofinanciado por la Generalitat y el Gobierno central, trabajará en los campos de la química, las ciencias del medio ambiente, las ciencias materiales y la Biología. “Pero también se podrán hacer estudios en los campos de la paleontología o en la industria farmacéutica con el análisis de las estructuras moleculares”, subrayó Sazatornil. Asimismo, destacó otros campos de aplicación “más sorprendentes y desconocidos”, como son el estudio de las estructuras de pinturas, la industria cosmética o el estudio de textos que hasta ahora resultaban ilegibles. Por otro lado, Sazatornil explicó en una entrevista a RNE recogida por Europa Press cómo funciona Alba: “Se trata de una instalación que lo que pretende es obtener luz mediante la aceleración de electrones”. En este sentido, se provoca la trayectoria circular de los electrones en lugar de la tendencia rectilínea que suelen seguir, y de esta forma, al forzar


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la curvatura, “emiten luz que sirve para poder observar objetos de tamaño realmente pequeño”, actuando como “un gran microscopio”.» Basándote en él, diseña una actividad Ciencia-Tecnología-Sociedad (CTS) sobre el fundamento, las aplicaciones y las repercusiones sociales y económicas de la construcción de un ciclotrón de estas características. Esta actividad debe promover que los alumnos busquen información sobre el fundamento del ciclotrón y sus aplicaciones, aplicaciones, y que puedan discutir y argumentar sobre sus repercusiones sociales y económicas. Puedes encontrar orientaciones y ejemplos de actividades similares en los proyectos «Science in Society» y «PEEP»: • Science in Society (Universidad de York. Nuffield Curriculum Centre): www.scienceinsocietyadvanced.org • PEEP (Physics & Ethics Education Project): www.peep.ac.uk/content/index.php

FUENTES Y RECURSOS

Libro PIETRYK, G. (2007). Panorama de la physique. París: Belin. Pour la science. Este libro recoge desarrollos recientes de la física. Cada tema es presentado bajo la forma de un artículo corto, en el que se resaltan las ideas físicas básicas, evitando el formalismo matemático. Las secciones abordadas son: Astrofísica, Física nuclear nuclea r y de las partículas elementales, Óptica, Materia condensada, Fluidos, materiales biológicos y plasmas, p lasmas, Geofisica interna, Física de las coberturas fluidas, El sistema climático y La tecnología de la información.

Sitios web FECYT (2009). Unidad Didáctica Nanociencia y Nanotecnología. Entre la ciencia ficción del presente y la tecnología del futuro.

www.fecyt.es/fecyt/contraerMenu.do?strRutaNivel1=;Publicaciones&tc=publicaciones Unidad didáctica publicada por la FECYT el año 2009 –año europeo de la creatividad y la innovación– sobre la nanociencia y la nanotecnología, dos disciplinas emergentes, con un elevado carácter multidisciplinar y con especial relevancia relevanc ia científica y social. Los desarrollos y las aplicaciones industriales que realiza la nanotecnología a partir de la investigación básica que realiza la nanociencia son absolutamente innovadores, desde nuevos materiales con aplicaciones en medicina (fabricación de ligamentos o tendones artificiales) o en construcción (edificios que se puedan autoabastecer energéticamente) hasta dispositivos electrónicos cada vez más diminutos y potentes.

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Investigación y Ciencia.

www.investigacionyciencia.es La revista Investigación y Ciencia, de periodicidad mensual, es una excelente fuente de artículos para mantenerse al día sobre la investigación científica. Publicada por Prensa Científica, ofrece información sobre los avances científicos del mundo entero y constituye un buen recurso para conocer el quehacer investigador en España e Iberoamérica. Además, publica monográficos trimestrales sobre los más variados aspectos del conocimiento científico. PEEP (Physics & Ethics Education Project).

www.peep.ac.uk/content/621.0.html Un proyecto en línea de la universidad de Bristol para el aprendizaje interactivo virtual de la física para estudiantes de secundaria y sus profesores. Un recurso didáctico desarrollado para abordar las implicaciones éticas, sociales, económicas, ambientales y tecnológicas de la física. Puede descargarse una presentación en catalán en la web del Seminario de Formación del Profesorado de Ciencias (SfeC), en la sesión realizada el 20 de noviembre de 2008. Documento disponible en línea en: . Revista Española de Físíca.

rsef.uc3m.es/images/REF/voL24n2/index_vol24num2_2010.html Revista de física editada por la Real Sociedad Española de Física, que contiene artículos de física y de enseñanza de la Física. Está dedicada a aspectos académicos, pedagógicos y sociales de la física. Pretende servir de puente de comunicación entre los distintos sectores de la física en España, ofreciendo un canal de información, discusión y debate sobre los problemas específicos de la física y su situación en el mundo.


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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARSON, R. (2001). La primavera silenciosa. Barcelona: Crítica. EUROPA PRESS (2010). El acelerador de partículas que inaugurará Zapatero indagará en el mundo de la cosmética. Libertad Digital (22/03/2010). (22/03/2010). Disponible en línea en: . GORE, A. (2010). Nuestra elección. Barcelona: Gedisa. LLEBOT, J.E. (2007). ¿El tiempo está loco? Barcelona: Rubes. WEART, S. (2006). El calentamiento global: historia de un descubrimiento científico. Pamplona: Laetoli. YNDURÁIN, F. (2006). Electrones, neutrinos y quarks. Barcelona: Crítica.

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5. FRONTERAS DEL CONOCIMIENTO Y DE LA INVESTIGACION EN QUÍMICA


• La investigación química en función de su utilidad: energía, medio ambiente y salud • La investigación química química y la curiosidad • Conclusión

Àngel Messeguer Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Barcelona Aun siendo controvertida en ciertos ambientes, la química es la ciencia fundamental relacionada con la realidad perceptible, la del día a día. Si uno analiza su entorno, se dará cuenta de que «todo es química». De aquí que, en un mundo cada vez más intercomunicado y globalizado, los problemas de la sociedad requieran soluciones donde la química, sea en su vertiente más tecnológica o en la de suscitar nuevas ideas científicas, pueda aportar contribuciones positivas y relevantes. Como sucedió a lo largo de los siglos XIX y XX, los químicos continúan enfrentándose a los retos que la sociedad y la propia ciencia química les han planteado. Por ello la investigación, sea básica o aplicada, ha seguido avanzando durante la primera década de este nuevo siglo y lo seguirá haciendo, empujada por dos motivaciones: la utilidad y la curiosidad. De aquí que, partiendo de planteamientos sugeridos por George Whitesides (Whitesides, 1990) en los años noventa, pero que siguen plenamente vigentes, se estructure este capítulo para abordar los retos de la investigación química en dos grandes bloques: en función de su utilidad y como herramienta para satisfacer la curiosidad científica.

La investigación química en función de su utilidad: energía, medio ambiente y salud Es aventurado predecir las direcciones que tomará la investigación avanzado el siglo, pero sí es posible analizar los campos del conocimiento donde se ejercerá una presión mayor

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para resolver los problemas que preocupan a nuestra sociedad. Estos campos pueden agruparse alrededor de tres grandes temas: la energía, el medio ambiente y la salud . Todo ello enmarcado en un marco global de competitividad económica. A pesar de la intensa crisis económica que se vive en estos años y la dificultad de predecir su duración, no se vislumbra una alternativa de organización social que implique una profunda transformación de los medios de producción y distribución, distribución, en definitiva, de la manera de crear y repartir la riqueza. Por lo tanto, debe seguir aceptándose la necesidad de producir y vender bienes y productos de calidad a costes aceptables para los consumidores. La industria química ha jugado y jugará un papel determinante en este proceso, ya que suministra la mayor parte de los materiales necesarios para la producción en prácticamente todos los sectores de la economía. No se tratará sólo de producir productos químicos, químicos, sino de hacerlo bajo criterios de competitividad crecientes y de restricciones energéticas y ambientales cada más rígidas.

Química y energía La escasez de combustibles fósiles, con su repercusión en los precios, y el deterioro ambiental que produce su uso plantean la necesidad de desarrollar otra clase de fuentes energéticas, como algunas de las denominadas renovables, o bien contemplar el renacimiento de las nucleares (véase el fascículo de Investigación y Ciencia de noviembre de 2006 [AA.VV., 2006]). Temas como la utilización de medios de locomoción eléctricos o híbridos, el desarrollo de las placas solares o el almacenamiento de energía han abierto paso a investigaciones sobre baterías y sobre nuevos materiales conductores, aislantes y dieléctricos. Por otra parte, se ha planteado el uso del hidrógeno como fuente alternativa progra gramas mas de inv invest estiga igació ciónn y des desarr arroll olloo de energía. Todas estas opciones demandan pro donde la química del estado sólido, la electroquímica o la catálisis deben jugar un papel preponderante.

Química y medio ambiente La atención al medio ambiente promete ser un tema de preocupación en las próximas décadas, con profundas implicaciones de carácter social, político y científico. Tanto el análisis de los problemas como el planteamiento de soluciones tecnológicas requerirán del concurso de la química. Por una parte, para contribuir a la lucha contra el cambio climático, a través de la búsqueda de alternativas a los combustibles fósiles o a la neutralización del dióxido de carbono generado por la combustión de estas fuentes energéticas. La conversión del dióxido de carbono en otros compuestos con menor riesgo de efecto invernadero deberá efectuarse a través de reacciones químicas llevadas a cabo por medios medio s artificiales o con el empleo de organismos adecuados. De manera complementaria, el estudio del medio ambiente y, en particular, de los productos potencialmente peligrosos que lo están poblando necesita de técnicas de química analítica sensibles, fiables y que estén disponibles allí donde se necesiten.

FRONTERAS DEL CONOCIMIENTO Y DE LA INVESTIGACION EN QUÍMICA

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Ahora bien, tanto las posibles vías de neutralización del dióxido de carbono atmosférico como las de contaminantes que puedan detectarse en un entorno ambiental determinado, sea aire, mar o suelos, necesitan ser entendidas a la escala molecular y mecanicista, como c omo paso previo a la propuesta de soluciones adecuadas. A este nivel, mecanismos implicados en la bioquímica de la transformación de dióxido de carbono o de la generación de metano por parte de microorganismos o de organismos vegetales y animales no están del todo elucidados. En este contexto, la química teórica y computacional deberá llevar a cabo una contribución decisiva para profundizar en el conocimiento y el control de esos mecanismos. Otro campo de preocupación ambiental de nuestra sociedad es la gestión de residuos urbanos e industriales. Por una parte, la exigencia es minimizarlos. La industria química, en todas sus escalas, tiene aquí uno de sus retos más importantes, ya que deberá estudiar los procesos de producción de materias primas y productos acabados para que, aun conservando la calidad y los costes exigibles, reduzcan al máximo la generación de residuos. Es la línea denominada química verde o química sostenible, basada en los Doce Principios que describe el texto siguiente. Los Doce Principios de la Química Verde 1. Prevenir la creación de residuos. 2. Diseñar compuestos seguros. 3. Diseñar síntesis químicas menos peligrosas. 4. Utilizar materias primas renovables. 5. Utilizar catalizadores. 6. Evitar derivados químicos. 7. Maximizar la economía de átomos. 8. Utilizar disolventes y condiciones de reacción seguras. 9. Incrementar la eficiencia energética (reacciones a presión y temperatura ambientales). 10. Diseñar productos biodegradables. 11. Analizar los procesos químicos en tiempo real para evitar contaminaciones. 12. Minimizar los riesgos de accidentes.

Por otra parte, si hay procesos que inevitablemente generen residuos, o bien cuando se trata de los residuos urbanos, se deberán desarrollar tecnologías de transformación y reaprovechamiento de estos residuos o de tratamiento de los mismos, para reducir su impacto sanitario y ambiental. Nuevamente se está hablando de procesos donde la química jugará un papel fundamental. El tema de los residuos tiene también una vertiente toxicológica importante. Conocer con mayor fiabilidad los riesgos que para la salud presentan los productos contaminantes, sean de origen natural o sintético, sigue siendo un reto frente al cu al la aproximación desde la química es relevante. relev ante. Piénsese que cualquier transformación de un

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contaminante como consecuencia del metabolismo es una reacción química. Programas de control en la utilización de productos químicos como el REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) en la Unión Europea deberán enriquecerse con datos aportados desde los estudios químicos, q uímicos, toxicológicos y epidemiológicos a fin de determinar los riesgos reales para la salud.

Química y salud Una exigencia creciente de nuestra sociedad es la de poder disfrutar de una mayor calidad de vida. No solamente que los tratamientos preventivos y curativos sean capaces de controlar las enfermedades, aun para aquellas para las que no se dispone de tratamientos efectivos, sino también de paliar manifestaciones como el dolor o las minusvalías físicas y psíquicas. La mejora impresionante experimentada a lo largo del siglo XX en higiene, alimentación y medicina ha conllevado un aumento significativo de la expectativa de vida. Como contrapartida, el envejecimiento y los problemas de aparición y prevalencia de enfermedades degenerativas (cáncer, demencias), patologías cardiacas, diabetes y artritis se han convertido en problemas de importancia para un sector creciente de población (véase el fascículo de Investigación y Ciencia de noviembre de 2003 [AA.VV., 2003]). Métodos de diagnóstico, de análisis clínico, de tratamientos terapéuticos y de implantación de tejidos, por poner algunos ejemplos, pasan en su diseño y puesta a punto por la química a través de muy variadas especialidades, siempre en colaboración con otras disciplinas científicas y técnicas. Desde otro punto de vista, y recordando casos vividos en los últimos años, la sociedad no puede sentirse libre de padecer epidemias. Además, la globalización y las facilidades de comunicación representan un riesgo adicional de propagación y extensión de esta clase de episodios. De nuevo, el desarrollo de métodos de diagnóstico rápidos y fiables, junto con tratamientos adecuados con fármacos y vacunas, son objetivos que tener en cuenta frente a cualquier amenaza de esta naturaleza. Los avances de la medicina en los aspectos antes citados, aunque espectaculares en muchos casos, también presentan dificultades serias. Por una parte, hace falta una base científica sólida para conocer el origen y las causas de las enfermedades, sean genéticas o de otra índole, sus características a nivel molecular en órganos y tejidos, las interconexiones y las influencias que ejercen sobre funciones fisiológicas distintas de las directamente afectadas, las causas que provocan el rechazo y la resistencia a fármacos y la individualidad de las respuestas a tratamientos, por nombrar algunas de las áreas que requieren estudios más detallados. Además, la propia complejidad de los tratamientos, exigiendo que sean efectivos y seguros, y los controles y los requerimientos de las agencias gubernamentales se han traducido en un aumento de costes que debe tener un límite para que se pueda seguir invirtiendo en el desarrollo de nuevas nuev as estrategias terapéuticas.


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La puesta en el mercado de un fármaco, sirva de ejemplo, puede alcanzar cifras por encima de los 800 millones de euros y períodos por encima de los 10 años de desarrollo. Por tanto, será imprescindible una complicidad entre biólogos, químicos, farmacólogos y cuantas ramas de la ciencia y la tecnología hagan falta para optimizar todas las etapas del desarrollo de fármacos y así reducir costes y tiempos.

La investigación química y la curiosidad Otra perspectiva desde la que se pueden plantear los retos de la investigación en química, complementaria a la de resolución de problemas que planteará la sociedad, es la de la simple curiosidad científica. Siguen existiendo retos en la investigación química para entender el funcionamiento de la naturaleza a todas las escalas de tiempo y de tamaño. El impulso que la curiosidad científica comunica a la investigación química abarca un campo de actuación muy amplio. En este trabajo se comentan dos aspectos a modo de ejemplo: la química de materiales y las nanociencias, y la química biológica.

La química de materiales y las nanociencias Un primer ejemplo lo constituye la química de materiales, en particular a nanoescala, sin duda una de las áreas que ha experimentado un crecimiento más espectacular en estos comienzos de siglo y que seguirá observando en la próxima década (véase el fascículo de Investigación y Ciencia de noviembre de 2001 [AA.VV., 2001]). La química ha pasado del estudio de propiedades y transformaciones de átomos y moléculas pequeñas al mundo de las moléculas grandes y complejas. El desarrollo de nuevos materiales orgánicos e inorgánicos, o de polímeros en muy amplios espectros y clases, ha obligado al estudio de las propiedades macroscópicas que presentan estas especies a partir de su estructura a escala microscópica, con objeto de predecir sus aplicaciones y poder anticipar así diseños específicos. Con todo ello la química, como la biología, la física o la ingeniería, ha entrado en el mundo «nano» (cuadro 1, en página siguiente). Las nanociencias y su vertiente más aplicada, las nanotecnologías, focalizarán buena parte del interés de la investigación química en los próximos años. En estos tiempos, la generación de materiales y la imaginación para diseñar nuevas combinaciones y aplicarlas a finalidades específicas parecen no tener límites. Para ello se está explorando todo el potencial de la herramienta básica del químico: la tabla periódica. Desde la química se está desarrollando la capacidad de producir compuestos estructurados a nanoescala (nanotubos de carbono, partículas de oro, los denominados quantum dots, secuencias de ácidos nucleicos, etc.), sea a través de aproximaciones denominadas top-down o bien bottom-up, en función de la dimensión de los compuestos y los materiales de partida. partida . Y funcionalizarlos en su superficie o en interior, inte rior, a fin de introducir, mediante enlaces estables, estab les, grupos que comuniquen las propiedades deseadas a la nanoestructura.

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Cuadro 1. La escala del mundo de las nanotecnologías se centra entre el volumen de los virus y el de los anticuerpos Escalas de longitud

1,5 m

rango micrométrico (10-3-10-6 m) 10-4 m

Hombre Hoja de papel de canto

10-5 m

rango nanométrico (10-6-10-9 m) 5 x 10-8 m

Glóbulo rojo

2 x 10-9 m Virus Molécula ADN

2 x 10-10 m Átomo

1 nanómetro = 10 -9 m

Fuente: cortesía del doctor José María de Teresa, de la Universidad de Zaragoza.

El cuadro 2 muestra algunas de las aplicaciones potenciales de las nanoestructuras. Además de las citadas, no hay que llevarse a engaño, podrían enumerarse las posibles aplicaciones en el terreno militar. En este contexto, debe admitirse que, como ha ocurrido en el pasado, la investigación con fines militares, ya sea en la química como en la física, la ingeniería, la biología o cualquier otra disciplina científica, constituirá un potente motor de avance del conocimiento, a causa de los ingentes fondos que destinan los países a esta finalidad. Cuadro 2. Aplicaciones potenciales de los materiales surgidos de las nanotecnologías

ÁREAS

APLICACIONES

Medicina • • • • •

Técnicas de diagnóstico diagnóstico sensibles y fiables. Detección y destrucción de tumores, metabolitos tóxicos y excesos excesos de grasa. Provisión de miméticos de tejido óseo, cartilaginoso, nervioso, nervioso, etc. Aminoración de la agresividad de las técnicas técnicas quirúrgicas. Aminoración del uso de materia viva natural. natural.

Energía

Optimización del aprovechamiento aprovechamiento de la energía solar. Usos alternativos a los combustibles fósiles fósiles (pilas de hidrógeno, colectores solares, solares, geotermia…). Distribución más eficiente de la energía (por ejemplo, a través de nanotubos). Superconductores que funcionen a temperatura ambiente.

• • • •

• Control de calidad y condiciones sanitarias de la producción y el consumo de alimentos. Medio eliminación de contaminantes contaminantes ambientales. ambiente • Detección y eliminación • Nanomáquinas que obtengan su su energía de la contaminación ambiental. ambiental. • Reducción del uso de fuentes fuentes de energía tradicionales, finitas y contaminantes. contaminantes.


Espacio

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• Máquinas moleculares y ordenadores de tamaño tamaño subcelular. • Vehículos y estaciones estaciones espaciales livianas y resistentes. • Naves con velas propulsoras propulsoras para viajes interestelares. interestelares.

Sin embargo, los avances en la química de materiales requieren la puesta a punto de dos aspectos adicionales. Por una parte, metodología analítica para determinar la estructura de todas estas nanopartículas y entender así los mecanismos que rigen su comporta miento a nivel molecular. Esta tecnología analítica debe ir acompañada de la capacidad de procesar y ordenar los datos que se generen. Por otra parte, se necesita resolver los pr oblemas de manufactura de estos materiales, las variables de los procesos químicos implicados y su ensamblaje correcto con los complementos necesarios para la aplicación que se desea. La investigación química tiene aún numerosos interrogantes interrogantes que responder en estos campos.

La química biológica Sin lugar a dudas, el estudio de las moléculas y las reacciones químicas que son importa ntes para la vida recibirá un impulso tan grande o mayor que el recibido hasta nuestros días. Este impulso es consecuencia del gran desarrollo de la biología molecular y celular en la segunda mitad del siglo pasado. Este avance del conocimiento debe complementarse con la compleja tarea de entender el mundo biológico, su programación, sus mecanismos de funcionamiento y de control, sus interacciones, etc., a nivel molecular, también desde la química. Esta necesidad de comprensión persigue un doble objetivo, además del de alimentar la curiosidad científica: tener la capacidad de explotarlo para cuestiones que afecten directamente a los organismos vivos y, en particular, al género humano (salud, alimentación, bienestar) y constituir la base de extrapolación a la solución de problemas de sistemas no biológicos. Los avances de la biología y la biomedicina experimentados en estos últimos años (emergencia de especialidades «ómicas»: genómica, proteómica, metabolómica, etc.) han puesto más de manifiesto su íntima correlación con c on la química. Por otra parte, la complejidad comp lejidad de los sistemas enzimáticos en cascada, como es el caso de las quinasas o del propio «proteoma», no puede entenderse sin entrar en los mecanismos de las transformaciones implicadas a nivel químico. Por ejemplo, la identificación y el estudio de modificaciones postranslacionales, es decir, aquellas que se producen tras la expresión de la proteína, que generan intermedios muy activados y de vida corta. Incluso, una de las ramas que mayor impacto está causando, la biología de sistemas, está dando origen asimismo al planteo de la química de sistemas, como herramienta indispensable de investigación. Como consecuencia, científicos como Addy Pross (Pross, 2009) han propuesto el establecimiento de puentes conceptuales entre biología y química en problemas como la aparición de la vida y el concepto de evolución.

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Conclusión La química, como parte fundamental de la vida diaria en prácticamente todos sus aspectos, juega y seguirá jugando un papel fundamental en el mundo de la investigación científica y técnica. Por lo tanto, tendrá necesidad de profundizar en el conocimiento de fenómenos que todavía no se comprenden en su totalidad o en su complejidad (el estado sólido, la consciencia, la estructura íntima del agua, el cambio climático, el cáncer, los mundos de lo muy pequeño o de lo que sucede muy rápido…). Son desafíos que comunican a la química un gran atractivo científico y estimulan la curiosidad de quienes investigan en su terreno. Además, han surgido campos de investigación investigació n en los que la química ha mostrado su capacidad para contribuir decisivamente a su avance. Un ejemplo lo constituye la conexión íntima entre química y gastronomía. Por ejemplo, la visita a una cocina en donde se practican las nuevas tendencias gastronómicas muestra una variedad de dispositivos que hasta hace poco tiempo eran exclusivos de un laboratorio de química. Con todo, los tiempos actuales y los que se avecinan van en contra de la batalla individual de una disciplina frente a los problemas que deben resolverse, de manera que únicamente desde la química no podrán abarcarse aba rcarse de manera eficiente, sino que necesitarán el concurso de otras ramas de la ciencia y de la tecnología. Como sucede en otras disciplinas, la futura investigación en química deberá tener un carácter transversal o no alcanzará los éxitos que se persiguen. Esta transversalidad , la necesidad de comunicarse c omunicarse con científicos de otros campos, de tratar de entender sus planteamientos y de explicar los propios, amplía los recursos, modula los criterios para aplicarlos convenientemente y convierte la aventura investigadora en ciertamente apasionante. Y, por último, la futura investigación química, como todas las demás, no debe olvidar su otro gran objetivo: la mejora de la calidad de vida de la sociedad a a la que se debe. Por lo tanto, ta nto, debe estar atenta a los problemas que no han tenido hasta el momento solución satisfactoria y ser capaz de proporcionar respuestas válidas y rápidas a aquellos que puedan surgir en el futuro y que representen una amenaza o la asunción de riesgos injustos o innecesarios para esa misma sociedad. Todo ello aceptando que no podremos crecer de forma indefinida en un mundo de recursos finitos como el nuestro. La química, como la física, la biología o cualquier otra rama del conocimiento, son neutras; pero el investigador y quien planifica y prioriza los temas de investigación no lo son. Y, a la hora de seleccionar los problemas, resolverlos y explorar sus aplicaciones, el químico no debe dejar de lado su sentido de responsabilidad con la sociedad. Mientras que los físicos tienen agujeros negros, sistemas de altas energías o interacciones de partículas subatómicas para discernir, y los biólogos genomas, g enomas, proteomas o potencial de la biología de sistemas para explorar, la química, a pesar de la imagen de poseer una base conceptual firmemente establecida, tiene también planteados problemas importantes. Los esfuerzos


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que se realizan y se llevarán a cabo para resolverlos en los próximos años es lo que Stephen Lippard, profesor del Massachusetts Institute of Technology, ha denominado la revolución silenciosa de la química, siempre en complicidad con las otras disciplinas científicas.


Medicina personalizada

En este capítulo se comenta el estado de la investigación sobre descubrimiento de fármacos y la contribuciónn que desde la química se puede hacer en los próximos años. En este contexto, la denocontribució minada medicina personalizada va a jugar un rol cada vez más importante en las aproximaciones terapéuticas del futuro. En este sentido, te proponemos la siguiente tarea: • Escribe un breve ensayo, después de buscar más información, sobre los campos de la medicina personalizada en los que consideras que la química puede desempeñar un papel importante.

Actividad 2

El debate de la nanotecnología

En el siguiente artículo se hace referencia al debate que se ha iniciado, no siempre sustentado con argumentos científicos y en donde los intereses económicos de unos y otros también han entrado en juego, sobre la seguridad de los productos resultantes de la nanotecnología y de sus aplicaciones en los campos de la salud o de la alimentación. El artículo da pie para que el lector busque más información y aplique su criterio para valorar la fiabilidad de las fuentes consultadas, y presente una opinión fundamentada. Lee el artículo, y en especial, su conclusión: «Si queremos que las tecnologías en general, y las nanotecnologías en particular, se inserten y se desarrollen de una manera consensuada en el interior del tejido social, socia l, debemos liberar su proceso de posibles trabas que conduzcan a la construcción social de riesgos inexistentes y a una percepción negativa no fundamentada sobre aquéllas, a la vez que es preciso difundir un amplio conocimiento sobre las mismas con objeto de que sea la ciudadanía la que decida sobre su utilidad con fundamento científico y desterrando mitos no justificados. Para ello, resulta imprescindible dotar a la ciencia de autonomía e independencia, a la ciudadanía de información y participación y a los procesos participativos de transparencia y capacidad de resolución. La última palabra, si la hay, será para la tecnología».

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Comenta el artículo y da una opinión fundamentada sobre su conclusión. Puedes consultar como complemento: • GARCÍA HOM, A. (2009). El debate de la nanotecnología. Público.es (16/02): . • Avances de la Nanotecnología en el Sector Agroalimentario: www.ainjornadas.es/admin/ archius/AROMICS.pdf

FUENTES Y RECURSOS

Libros Breslow, R. (2001). La Chimie aujourd’hui et demain. Bruselas: DeBoeck. Este libro, escrito por el presidente de la American Chemical Society, muestra la química en relación con la vida cotidiana y con lo que nos aportará en el futuro. RSC (1999). The age of the molecule. Royal Society of Chemistry. Publicación de la Royal Society of Chemistry que describe como divulgación las áreas de investigación química más importantes de finales del siglo XX. — (2000). Cutting edge Chemistry . Royal Society of Chemistry. Edición más actualizada de la obra anterior, que describe algunos de los desarrollos más extraordinarios de la química del siglo XX.

Revistas AA.VV. (1996). Avances de la ciencia en el currículum. Alambique, 10. Número monográfico de Alambique dedicado a la introducción de los avances científicos en el currículo. Anales de la Real Sociedad Española de Química.

www.rseq.org/anales.htm Revista trimestral editada por la Real Sociedad Española de Química. Publica trabajos científicos originales, especializados especializados o de revisión, de divulgación en el campo de la química que sean de calidad, actualidad e interés para la mayoría de los profesionales de la docencia, la investigaci investigación ón y la industria química. La revista presta una atención especial al área de la química y el medio ambiente, así como a los trabajos sobre historia y didáctica de esta disciplina, y los dedicados a la docencia teórica y práctica de la química en cualquiera de sus niveles educativos.


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Educación Química.

depa.fquim.unam.mx/educquim/larevista.php Educación Química es una revista trimestral publicada por la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México y por seis asociaciones profesionales de química en México. Pretende difundir tanto investigaciones como contribuciones didácticas a la educación de Química, en la búsqueda de la actualización del profesorado nacional e internacional internacional de esta disciplina y de la comunicación de innovaciones entre investigadores y docentes. Educación Química acepta la publicación de artículos en español, inglés, francés y portugués. Educació Química EduQ.

www.raco.cat/index.php/RevistaSCQ Revista de enseñanza de la Química editada por la Sociedad Catalana de Química, de periodicidad cuatrimestral, que contiene artículos sobre el currículum de Química, temas de actualización química, revisión de conceptos y modelos, experiencias de aula innovadoras, investigaciones químicas, química y medio ambiente, historia de la química, etc. EduQ pretende ser un medio de difusión y de intercambio de propuestas para la enseñanza de la Química en todos los niveles, con especial énfasis en la etapa secundaria (12-18 años), y de divulgación de las relaciones entre la química y la sociedad. También desea ser una herramienta para facilitar estrategias y recursos didácticos que promuevan la mejora de la función docente del profesorado vinculado a la enseñanza de la Química. Acepta artículos en catalán, castellano, portugués, francés, italiano e inglés. Mètode. Revista de Difusió de la Investigació.

www.metode.cat//index.php?option=com_frontpage&Itemid=1 Excelente revista de difusión de la investigación científica publicada por la Universidad de Valencia. Publica monografías de gran interés y calidad divulgativa. Revista de la Societat Catalana de Química.

scq.iec.cat/scq/scq/activitats/indexpublicacions.html Revista de periodicidad anual editada por la Societat Catalana de Química. Pretende difundir y divulgar la investigación científica en cualquier rama de la química. Su estructura está formada por un editorial, una sección informativa, una sección de historia de la química, otra dedicada a comentar los portales de Internet con contenidos de química y otra sobre la didáctica de la química. El nivel de los artículos es muy adecuado para su lectura por estudiantes de bachillerato.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS AA.VV. (2001). Nanotécnica. La nueva ingeniería. Investigación y Ciencia, 302 (noviembre). — (2003). Manipulación Cerebral. Investigación y Ciencia, 326 (noviembre). — (2006). Energía, presente y futuro. Investigación y Ciencia, 362 (noviembre). PROSS, A. (2009). Seeking the Chemical Routes of Darwinism: Bridging between Chemistry and Biology. Chemistry an European Journal , 15, 8374-8381. WHITESIDES, G. (1990). What will Chemistry do in the Next Twenty years? Angewandte Chemie International Edition, 29, 1209-1218.

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6. PROBLEMAS AMBIENTALES Y SOSTENIBILIDAD


• Una situación de emergencia planetaria • La construcción de un futuro sostenible • Recapitulación y perspectivas

Daniel Gil Universidad de Valencia Amparo Vilches Universidad de Valencia El enfoque que damos a este capítulo es distinto al de los otros que conforman con forman el libro. Aunque está dirigido principalmente a ampliar y profundizar en el conocimiento disciplinar del profesorado de secundaria, en formación inicial o permanente, lo hemos redactado en un formato lo más próximo posible al de la práctica de la enseñanza y promoviendo la activa implicación del lector en el proceso de enseñanza-aprendizaje sobre la problemática ambiental y el avance hacia la sostenibilidad. Así, dedicaremos esta presentación, en primer lugar, a justificar la inclusión de esta temática como complemento de formación del profesorado de Biología y Geología. Seguidamente, Seguidamente, intentaremos ofrecer un hilo conductor del desarrollo del capítulo. Ambas cuestiones son esenciales para proporcionar la concepción preliminar de la tarea y generar interés hacia ella, lo que evita las introducciones arbitrarias que suelen caracterizar una enseñanza que se limita a transmitir conocimientos ya elaborados. Nuestra pretensión, por el contrario, es hacer participar al profesorado en formación en la construcción de los conocimientos, siguiendo para ello un programa de actividades concebido para favorecer un trabajo cooperativo centrado en el tratamiento de situaciones problemáticas de interés, tal como la investigación ha venido apoyando tanto para el trabajo con el alumnado como en la formación-actualización del profesorado. Se invita, por tanto, al lector o lectora a asumir una doble perspectiva. Por una parte, la del estudiante

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(profesor en formación-actualización) que profundiza acerca de los problemas ambientales y la sostenibilidad para lograr una mejor formación al respecto. Y, por otra, la del futuro-actual profesor interesado en saber cómo abordar la enseñanza de esta temática en su aula. Las actividades que vienen intercaladas en el capítulo, formuladas como interrogantes, están dirigidas a promover la reflexión, de forma que al llegar a cada una se ha de detener la lectura y tratar de darle una respuesta personal o de grupo antes de continuar leyendo. Los comentarios que siguen a las preguntas nos ayudan a complementar y fijar las respuesta que hayamos dado a cada pregunta y, al mismo tiempo, nos sitúan en el papel del profesor, aportando reflexiones y recomendaciones sobre el tratamiento que se podría dar al contenido y sobre la organización de las tareas que podrían realizarse en la clase en relación con cada uno de los interrogantes planteados. Por todo ello, este programa de actividades, previa adaptación de las preguntas y las tareas presentadas a lo largo del capítulo al contexto co ntexto y nivel escolar en que se vaya a aplicar, puede servir también de orientación didáctica para reflexionar sobre la enseñanza relativa a los problemas ambientales y la sostenibilidad en una clase de secundaria. Actividad 1

¿Qué razones pueden justificar la inclusión de un capítulo dedicado al estudio de «Problemas ambientales y sostenibilidad» en este libro de formación del profesorado de secundaria? ¿Cuál puede ser su interés? Por favor, reflexiona al respecto y no sigas leyendo hasta tener una respuesta personal que te satisfaga.

Debemos al biólogo Richard Bybee (1991) la contundente afirmación de que la «sostenibilidad «sostenibilid ad constituye la idea central unificadora más necesaria ne cesaria en este momento de la historia de la humanidad», para hacer frente a lo que él mismo denomina una situación de auténtica emergencia planetaria, fruto de las acciones humanas. No es una mera opinión individual. Expertos e instituciones han advertido de forma reiterada acerca de la gravedad de los problemas a los que la humanidad ha de hacer frente hoy, y sobre la necesidad de que la comunidad científica dé prioridad a su tratamiento. Sabemos, sin embargo, que nuestras sociedades no están respondiendo con suficiencia a esta situación. Ni el conjunto de la ciudadanía ni sus responsables políticos parecen haber comprendido tal gravedad y la necesidad de actuar sin demora, atendiendo a las recomendaciones fundamentadas de la comunidad científica. Ésta es la razón de los reiterados

PROBLEMAS AMBIENTALES Y SOSTENIBILIDAD

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llamamientos a los educadores para que contribuyamos a que la ciudadanía comprenda la problemática ambiental –concebida con un enfoque integral que incluye los aspectos sociales– y pueda participar en la toma de decisiones para hacerle frente, hecho que ha culminado con la institución por Naciones Unidas de la Década de la educación por un futuro sostenible (2005-2014). Estos llamamientos han ido haciéndose más má s apremiantes a medida que los problemas se han agravado, exigiendo la incorporación explícita de la educación para la sostenibilidad en los currículos de todos los niveles y, como es lógico, en los de formación del profesorado. De ahí la presencia de un capítulo de «Problemas ambientales y sostenibilidad» en el Máster Universitario en Profesorado de Educación Secundaria. Algo que debe ser saludado muy positivamente, no sólo porque contribuirá a una mejor acción educativa para hacer posible la implicación ciudadana en la construcción de un futuro sostenible, sino también porque favorecerá la inmersión de los estudiantes en la cultura científica a través del tratamiento de una problemática relevante y susceptible de interesarles. Vamos a asomarnos así, en este módulo, al estudio de un conjunto de problemas estrechamente vinculados y que se potencian mutuamente, con una enorme incidencia en nuestras vidas y en el futuro de la humanidad. Analizaremos las causas de esta problemática poliédrica y nos detendremos en las medidas concebidas para su tratamiento.

Una situación de emergencia planetaria Parece razonable comenzar el estudio de la sostenibilidad refiriéndose a los problemas a los que se pretende hacer frente. Se respeta así un principio básico del aprendizaje: tener presente que todo conocimiento surge como respuesta a problemas que generan nuestro interés. Pero en este caso debemos considerar un hecho preocupante del que nos advierte la investigación educativa: comenzar hablando de problemas muy graves, como exige el análisis de la actual situación, suele generar actitudes de agobio y desánimo que favorecen la inhibición. Es preciso, pues, insistir desde el comienzo en que el estudio de los problemas está al servicio de la búsqueda de soluciones… en que esas soluciones existen y en que estamos a tiempo de adoptar las medidas necesarias. Actividad 2

Enumera los problemas a los que, en tu opinión, hemos de hacer frente hoy los seres humanos. Es preciso hacer un esfuerzo para no olvidar ningún problema importante porque, como veremos, están estrechamente relacionados, e ignorar alguno puede bloquear el tratamiento del conjunto.

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Ésta es la pregunta que planteamos a los participantes y también a los alumnos, distribuidos en equipos de trabajo, anunciándoles que, más adelante, pondremos en común y sobre la que discutiremos sus contribuciones, cotejándolas con las que señalan los expertos. Esa reflexión colectiva permite comprender mejor la información procedente de los expertos, porque viene a responder a cuestiones que se han planteado previamente. Quienes piensen que ésta es una pregunta poco precisa para un curso de Ciencias pueden plantear otra más concreta como, por ejemplo: «¿cuáles pueden ser los problemas asociados a la obtención y consumo de recursos energéticos?» o «¿cuáles son los problemas asociados a la pérdida de la biodiversidad?» El resultado es básicamente el mismo, puesto que, como intentaremos mostrar, los problemas están estrechamente vinculados. Debemos resaltar que el resultado de esta actividad es tanto más rico cuanto más se favorece el trabajo en equipo y los intercambios entre estos equipos. Algo que funciona muy bien, por ejemplo, es pedir a un equipo que muestre en la pizarra la relación de problemas problema s que ha elaborado y que el resto de equipos añadan los que no vean reflejados reflej ados y señalen aquéllos en los que hayan coincidido. Se evidencia así que algunos problemas merecen la atención casi unánime de los equipos: es el caso de la contaminación, el agotamiento de los recursos, la pérdida de la biodiversidad, etc. Otros son señalados señalad os con menor frecuencia, pero lo esencial es ver cómo, entre todos los equipos, se cubre prácticamente el conjunto de problemas señalados por la comunidad científica en documentos docum entos rigurosos de fácil acceso, como los elaborados por la Comisión Mundial del Medio Ambiente y del Desarrollo (CMMAD, 1988), el Worldwatch Institute (1984-2010) o el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (Duarte, 2006) y por una educación ambiental que que hunde sus raíces en el siglo XIX (Bergandi y Galangau-Quérat, 2008). En el cuadro 1 (en página siguiente), que conviene proporcionar tras la puesta en común, se enumeran los problemas encontrados al analizar la literatura. Dicha enumeración suele coincidir, básicamente, con la síntesis elaborada a partir de las respuestas dadas por los equipos a la actividad 2, lo que debe ser resaltado como una muestra de la validez de la reflexión colectiva. Hemos optado por agrupar los problemas mencionados en dos grandes bloques, el primero de los cuales describe una serie de hechos que caracterizan la situación actual, y el segundo, se refiere más bien a los relacionados con comportamientos de los seres humanos que pueden ser vistos como causas de los hechos enumerados. Debemos señalar, sin embargo, que esta ordenación es, en buena medida, arbitraria porque, como tendremos ocasión de mostrar, existe una circularidad que convierte cada problema en causa y al mismo tiempo en consecuencia de los otros. Lo esencial, en cualquier caso, como plantea el mismo enunciado de la actividad 2, es no dejar en la sombra ninguno de estos problemas, pues dada su relación ello podría impedir un tratamiento adecuado de la situación. Pero no basta, por supuesto, con referirse a


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la contaminación, al agotamiento de los recursos, etc., para comprender por qué se habla de una situación de emergencia planetaria. Resulta necesario profundizar en dichos problemas. Cuadro 1. Problemas y desafíos a los que debe hacer frente la humanidad

PROBLEMAS, ESTRECHAMENTE VINCULADOS Y QUE SE POTENCIAN MUTUAMENTE, QUE CARACTERIZAN EL PROCESO DE DEGRADACIÓN AMBIENTAL

• Contaminación ambiental (suelos, aguas y aire) y sus secuelas (incremento del efecto invernadero, lluvia ácida, destrucción de la capa de ozono, etc.) que apuntan a un peligroso cambio climático. • Agotamiento y destrucción de los recursos naturales (capa fértil de los suelos, recursos de agua dulce, fuentes fósiles de energía, yacimientos minerales, etc.). • Urbanización creciente y, a menudo, desordenada desordenada y especulativa. • Degradación de ecosistemas (incremento de fenómenos extremos, destrucción de la biodiversidad…), causa de enfermedades, hambrunas, pobreza extrema… y, en última instancia, desertificación. • Destrucción, en particular, particular, de la diversidad cultural. cultural.

PROBLEMAS ASOCIADOS A COMPORTAMIENTOS INDIVIDUALES Y COLECTIVOS QUE CONSTITUYEN, A SU VEZ, NUEVOS PROBLEMAS

• Apuesta por un crecimiento sostenido que resulta agresivo con el medio físico y nocivo para los seres vivos, fruto de comportamientos guiados por intereses y valores particulares y a corto plazo. • Hiperconsumo de las sociedades «desarrolladas» «desarrolladas» y grupos poderosos. poderosos. • Explosión demográfica en un planeta de recursos recursos limitados. • Enormes desequilibrios entre distintos grupos humanos, humanos, asociados a falta de libertades e imposición de intereses y valores particulares, que se traducen en hambre, pobreza… y, en general, marginación de amplios sectores de la población. • Distintas formas de conflictos y violencias asociados, a menudo, a dichos desequilibrios (violencias de clase, género, interétnicas, interculturales… y los conflictos bélicos; la actividad de las organizaciones mafiosas; la actividad especuladora de empresas transnacionales, etc.).

¿Cuáles son las características del proceso de degradación ambiental? Para favorecer la necesaria profundización en los problemas enumerados, conviene realizar esta actividad. Actividad 3

• ¿Qué formas de contaminación os parecen preocupantes? Tras exponer vuestras opiniones, realizar o recopilar fotos ilustrativas, recoger noticias de prensa al respecto, resp ecto, y analizar la información inf ormación que podáis pod áis obtener de diversas di versas fuentes, fuent es, para completar el análisis de lo que supone este grave problema planetario. Cabe también efectuar medidas y cálculos estimativos que ayuden a valorar la incidencia y consecuencias de alguna forma de contaminación. • ¿Cuáles son, en vuestra opinión, los recursos cuyo agotamiento resulta preocupante? Com parar vuestras estimaciones con la información disponible. disponible.

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Nos remitimos a los «Temas de Acción Clave» accesibles en la web de la Década por una Educación para la Sostenibilidad (AECID-OEI, (AECID-OEI, 2010),1 en particular a los dedicados a «Contaminación sin fronteras»2 y a «Agotamiento y destrucción de los recursos naturales»,3 así como a las referencias allí incluidas para profundizar en ambos problemas y proporcionar información útil para las puestas en común tras realizar el trabajo por equipos. Es preciso señalar el carácter planetario de problemas como la contaminación o, más precisamente, su carácter glocal (a (a la vez local y global): unos humos contaminantes, por ejemplo, pueden afectar, en primer lugar y más gravemente, a quienes viven en las proximidades de las chimeneas emisoras; pero esos humos se diluyen en la atmósfera común y terminan por afectar a todo el planeta; pensemos en el problema de la capa de ozono, el incremento del efecto invernadero, etc. Para valorar la incidencia y las consecuencias de alguna de las formas de contaminación contempladas se puede pedir, por ejemplo, la medida de la contaminación acústica con sonómetros, de la acidez de aguas en zonas afectadas por la lluvia ácida, de la cantidad de desechos abandonados en un parque, etc., así como cálculos estimativos de la cantidad de CO2 que libera un automóvil o una simple bombilla incandescente. Pero lo más importante es mostrar la estrecha vinculación de los problemas contemplados, sin lo cual difícilmente se puede llegar a comprender la gravedad de la situación y la necesidad de una decidida implicación en su tratamiento. Así, cuando se habla de agotamiento de recursos se debe mostrar el papel de su destrucción provocada por la contaminación: la superficie forestal, por ejemplo, retrocede cuando tiene lugar una tala insostenible que supera el ritmo de reposición, pero también se destruye a consecuencia de la lluvia ácida. El agotamiento de numerosos recursos básicos, como los bosques, el suelo cultivable, las pesquerías, la misma agua dulce, está estrechamente ligado a la contaminación. Contaminación y agotamiento de recursos son, pues, dos problemas estrechamente vinculados. Y es posible conectar ambos problemas con un tercero frecuentemente ignorado. Actividad 4

Sea cual sea el país o la región del planeta que consideremos, ¿dónde se potencian y resultan más graves estos problemas, estrechamente vinculados, de contaminación y agotamiento de recursos?

1. www.oei.es/decada/index.php 2. www.oei.es/decada/accion005.htm 3. www.oei.es/decada/accion23.htm


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Una pregunta como ésta dirige la atención hacia el problema de una urbanización creciente y desordenada en el que conviene detenerse. Actividad 5

¿Cuáles pueden ser las consecuencias del actual crecimiento urbano, acelerado y desordenado? Preparar una exposición fotográfica ilustrativa.

Desafortunadamente, el crecimiento urbano ha adquirido un carácter desordenado, incontrolado, casi cancerígeno. Si en 1900 sólo un 10% de la población mundial vivía en ciudades, 2007 fue el primer año de la historia con más personas viviendo en áreas urbanas que en el campo, según señala el informe de Naciones Unidas UN-habitat: el estado de las ciudades 2006-2007 , y ese crecimiento se produce, en general, en suburbios desprovistos de los servicios necesarios. De este modo, los núcleos urbanos, que surgieron hace siglos como centros donde se gestaba la civilización, se han ido transformando en lugares amenazados por la masificación, el ruido, los desechos, el consumo exacerbado de recursos energéticos, la destrucción de terrenos agrícolas, etc. Puede decirse que las ciudades constituyen hoy el paradigma de la imprevisión y de la especulación, es decir, de la insostenibilidad.4 Vemos, pues, que los problemas contemplados hasta aquí se refuerzan mutuamente. Y ello tiene consecuencias de degradación globales, que afectan a todo el planeta, no sólo a las ciudades, en las que es preciso detenerse también. Actividad 6

Los problemas estrechamente vinculados que acabamos de analizar (contaminación, agotamiento y destrucción de recursos, urbanización desordenada) no sólo afectan a las ciudades, sino a todo el planeta. Es preciso, por tanto, preguntarse cuáles son sus consecuencias globales o, dicho de otro modo, qué otros problemas aparecen asociados a ellos.

Los informes elaborados para Naciones Unidas por paneles de expertos alertan, año tras año, de un deterioro generalizado de los ecosistemas que califican de devastador. La explotación intensiva, los incendios, la contaminación, la urbanización desordenada… están destruyendo todos los ecosistemas: bosques, praderas, humedales, playas, arrecifes de coral… Especial atención merece el papel que juega en esta degradación el incremento del efecto 4. Véase «Urbanización y sostenibilidad» en www.oei.es/decada/accion20.htm

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invernadero (saliendo al paso del frecuente error que supone hablar negativamente del propio efecto invernadero) y el cambio climático5 que está generando con consecuencias ya visibles: disminución de los glaciares y deshielo de los casquetes polares y del permafrost ; subida del nivel del mar; destrucción de humedales, bosques de manglares, zonas costeras habitadas; aumento de la frecuencia e intensidad de los fenómenos atmosféricos extremos, como sequías, huracanes, inundaciones, avalanchas de barro; transformación de los océanos en fuentes de dióxido de carbono; modificaciones modificacione s en las migraciones de aves; alteración de los ritmos vitales de numerosas especies, etc.

Insistimos de nuevo, sin embargo, en la necesidad de no limitar la atención en este único problema, haciendo pensar que bastaría con reducir las emisiones de CO2 para haber resuelto la situación de emergencia planetaria: igualmente preocupante es la pérdida de la biodiversidad 6 contemplada a menudo, una vez más, como otro problema inconexo, o presentada en ocasiones como una simple consecuencia del cambio climático. Pero aunque es cierta la vinculación entre ambos hechos (pensemos, por ejemplo, en cómo afecta la elevación de la temperatura a los arrecifes de coral) las causas de la pérdida de biodiversidad son múltiples: estamos envenenando suelos, aguas y aire, haciendo desaparecer con contaminación, plaguicidas, herbicidas, asfalto y cemento, miles de especies a un ritmo que constituye una masiva extinción, un auténtico «ecocidio» (Leakey y Lewin, 1997). Es urgente interrumpir esta destrucción de la biodiversidad que amenaza con arrastrar a la propia especie humana, porque el equilibrio de la biosfera puede derrumbarse si seguimos arrancándole eslabones (Delibes y Delibes de Castro, 2005). protocolo lo de protecci protección ón de la biodiversi biodiversidad dad , sin olvidar la diversiSe precisa, en definitiva, un protoco dad cultural 7 que, como señala Ramón Folch (1998), es una dimensión de la biodiversidad, en su vertiente sociológica, que es el flanco más característico y singular de la especie humana; y su destrucción ha de preocuparnos tanto o más que la desaparición de especies vegetales o animales (Maaluf, 1999), porque esa diversidad es la garantía de una pluralidad de respuestas a los problemas a los que la humanidad ha de hacer frente.

Un aspecto especialmente grave asociado al proceso de degradación ambiental es la situación de pobreza extrem extremaa en la que viven miles de millones de seres humanos. Se trata, además, de una relación circular: la degradación ambiental contribuye a la pobreza extrema, pero dicha pobreza empuja a la explotación desordenada e insostenible del entorno para satisfacer necesidades perentorias. El resultado último de este proceso de degradación es una desertización que crece año a año, aceleradamente, sobre la superficie de la Tierra. 5. www.oei.es/decada/accion17.htm 6. www.oei.es/decada/accion18.htm 7. www.oei.es/decada/accion12.htm


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Como nos muestra este conjunto de problemas, estrechamente vinculados, al que hemos pasado revista muy someramente y sin ánimo exhaustivo, nos encontramos ante una situación de auténtica emergencia planetaria. Analizaremos ahora los comportamientos, individuales y colectivos, asociados a dicha situación.

¿Qué comportamientos individuales y colectivos están asociados a la situación de emergencia planetaria? En la enumeración de los problemas a los que la humanidad ha de hacer frente hoy (véase cuadro 1, p. 105) se incluyen, además de los abordados en el apartado anterior, otro con junto de problemas, expresión de comportamientos c omportamientos individuales y colectivos, co lectivos, en cuyo estudio es preciso detenerse. Abordaremos, en primer lugar, la apuesta por un crecimiento continuo, un problema al que los estudiantes suelen hacer referencia indirecta, cuando hablan de «los intereses económicos», «el capitalismo», «la economía»… Actividad 7

Considera los pros y los contras del crecimiento económico continuado que ha tenido lugar en los llamados países desarrollados , , fundamentalmente desde la segunda mitad m itad del siglo xx, y que constituye el objetivo explícito de la mayor parte de las sociedades.

Conviene recordar que desde la segunda mitad del siglo XX se ha producido un crecimiento económico global sin precedentes. Y cabe reconocer que ello se acompañó de importantes avances sociales (para una cuarta parte de la humanidad): más alimentos, viviendas, hospitales, escuelas, vehículos, productos manufacturados de todo tipo, etc., es decir, aumento del nivel de vida. Ésa es una de las razones, sin duda, por la que la mayoría de los responsables políticos, movimientos sindicales, etc., parecen apostar por la continuación de ese crecimiento. Sabemos, sin embargo, que mientras los indicadores económicos, como la producción o la inversión, han sido, durante años, sistemáticamente positivos, los indicadores ambientales resultan cada vez más negativos, y muestran una contaminación sin fronteras y un cambio climático que amenaza la biodiversidad y la propia supervivencia de la especie humana. Y pronto, estudios sobre «los límites del crecimiento» (Meadows, Randers y Meadows, 2006) establecieron la estrecha vinculación existente existent e entre ambos indicadores. Ésa es la razón de que hoy hablemos de un crecimiento insostenible. El concepto de huella ecológica –que se define como el área de territorio ecológicamente productivo necesaria para producir los recursos utilizados y para asimilar los residuos producidos por una población dada–, permite cuantificar

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aproximadamente estos límites. En efecto, se estima que en la actualidad la huella ecológica media por habitante es de 2,8 hectáreas, lo que multiplicado por los más de 6.700 millones de habitantes existentes sobre la Tierra supera con creces la superficie ecológicamente productiva o biocapacidad del del planeta, que apenas alcanza a ser de 1,7 hectáreas por habitante. Puede afirmarse, pues, que, a nivel global, estamos consumiendo más recursos y generando más residuos de los que el planeta puede generar y admitir.8 Abordaremos, a continuación, algunos de los problemas que se asocian al crecimiento insostenible y, en definitiva, defin itiva, al proceso de degradación que acabamos de describir. Actividad 8

Indica algunas características de las pautas de consumo en las sociedades desarrolladas, que puedan estar contribuyendo al proceso de degradación.

Hay que referirse al hiperconsumo de las sociedades «desarrolladas» y los grupos poderosos de cualquier sociedad, que sigue creciendo como si las capacidades de la Tierra fueran infinitas.9 Baste señalar que los 20 países más má s ricos del mundo han consumido en el último siglo más naturaleza, es decir, más materia prima y recursos energéticos no renovables, que toda la humanidad a lo largo de su historia y prehistoria. Este hiperconsumo afecta tan sólo a una quinta parte de la humanidad, pero ello no significa que el consumo mucho más moderado –y, muy a menudo, insuficiente para unas condiciones de vida aceptables– del resto de los seres humanos no repercuta sobre el medio ambiente. Ello nos remite a la consideración de un segundo factor: el crecimiento demográfico.10 Actividad 9

¿En qué medida el actual crecimiento demográfico puede considerarse un problema? Tras exponer vuestras conjeturas, recopilar información al respecto y proceder a su discusión.

Existe una notable resistencia en amplios sectores de la población a aceptar que el crecimiento de la población mundial representa hoy un grave problema. Incluso se argumenta con frecuencia que el problema es el contrario, puesto que en los países desarrollados se está produciendo un grave envejecimiento de la población que pone en peligro el sistema de pensiones, etc. Éste es un ejemplo de planteamiento local guiado por intereses particulares 8. Véase «Crecimiento económico y sostenibilidad» sostenibilidad» en: www.oei.es/decada/accion002.htm 9. Véase «Consumo responsable» en: www.oei.es/decada/accion08.htm 10. www.oei.es/decada/accion001.htm


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a corto plazo, que conduce a conclusiones insostenibles. Por ello, conviene proporcionar datos acerca de este crecimiento demográfico que permitan valorar su papel, junto al hiperconsumo de una quinta parte de la humanidad, en el actual crecimiento no sostenible (CMMAD, 1988; Sachs, 2008): • A lo largo del siglo XX la población se ha más que cuadruplicado y sigue creciendo, más allá de la capacidad de carga del planeta. Se puede comprender el absurdo de pensar que la población pueda seguir creciendo indefinidamente, inde finidamente, como lo hace ahora, señalando que eso supondría que en menos de 2.000 años su masa equivaldría ¡a la de toda la Tierra! (Diamond, 2006). Pero hay argumentos de tanto o más peso como esta reducción al absurdo. • Como mostraron en 1997 los expertos en sostenibilidad, en el marco del llamado Foro de Río +5, para que la población mundial existente en aquel momento alcanzara un nivel de vida semejante al de los países desarrollados se precisarían los recursos de más de tres Tierras (!). Y desde entonces la población mundial se ha incrementado en más de 700 millones. En definitiva, el hiperconsumo insolidario y la explosión demográfica, someten a la Tierra a un creciente estrés (Delibes y Delibes de Castro, 2005) que se traduce en desequilibrios insostenibles y todo tipo de conflictos destructivos que conviene analizar. Actividad 10

• Busca ejemplos de graves desequilibrios entre grupos grupos humanos y prepara dossiers y pósters ilustrativos. ¿Cuáles pueden ser las consecuencias de los mismos? ¿En qué medida pueden mantenerse indefinidamente? • Señala distintos tipos de conflictos y violencias asociados a los desequilibrios analizados. Realiza un seguimiento de su presencia en la prensa en un período determinado y comentar los resultados.

Nos remitimos a los temas de acción clave dedicados a la «Reducción de la pobreza» 11 y a los «Conflictos y violencias», a sus distintas formas y consecuencias.12 Es preciso insistir en que el mantenimiento de una situación de extrema pobreza en la que viven millones de seres humanos es ya en sí mismo un acto de violencia. Una violencia vi olencia que engendra más violencia, otras formas de violencia, como las guerras, el terrorismo, el crimen organizado, las presiones migratorias o la actividad especuladora de algunas empresas transnacionales que buscan el beneficio propio a corto plazo, desplazando su actividad allí donde los controles 11. www.oei.es/decada/accion01.htm 12. www.oei.es/decada/accion26.htm

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ambientales y los derechos de los trabajadores son más débiles, contribuyendo al deterioro social y a la destrucción del medio ambiente. Tras todas estas formas de violencia y comportamientos aparece siempre la búsqueda de beneficios particulares a corto plazo, sin atender a sus consecuencias para los demás ni, en un plazo cada vez más breve, para nosotros mismos. Y una vez más hay que insistir en que estas formas de violencia están interconectadas entre sí y con el resto de problemas a los que venimos haciendo referencia: desde el hiperconsumo o la explosión demográfica a la contaminación, que está generando el cambio climático y la degradación de los ecosistemas. Todos se potencian mutuamente y han de tratarse conjuntamente para hacer posible un futuro sostenible.

La construcción de un futuro sostenible Evitar lo que algunos expertos han denominado la sexta extinción ya en marcha (Leakey y Lewin, 1997), exige poner fin a los hechos que determinan la actual situación de emergencia planetaria. Una abundante investigación, recogida en una amplia literatura, hace referencia a las medidas necesarias y posibles para hacer frente a esta situación. Conviene favorecer una primera reflexión global al respecto (actividad 11). Actividad 11

¿Qué medidas cabría adoptar para poner fin a la situación de emergencia planetaria? Procede a una primera enumeración tentativa de las mismas que permita pasar a su discusión posterior y a cotejarlas con las contribuciones de la comunidad científica.

planteam teamient ientoo holíst holístico ico con que se abordaron los problemas, Resulta esencial dejar claro que el plan dada su estrecha vinculación, debe estar presente también al pensar en las posibles soluciones: ninguna acción aislada puede ser efectiva, precisamos un entramado de medidas que se apoyen mutuamente. Como señala la Comisión Mundial del Medio Ambiente y del Desarrollo (CMMAD, 1988), el reto fundamental proviene de su carácter sistémico. Ninguna solución por sí sola bastaría para resolver los problemas; se requiere, pues, interconectar interc onectar toda una serie de medidas, apoyaapo yadas en una amplia literatura, que, según los expertos, pueden englobarse, básicamente, en medidas científico-tecnológicas, educativas (para la transformación de actitudes y comportamientos) y políticas (legislativas, (legislativas, judiciales, etc.) en los distintos niveles (local, regional…).

Este planteamiento global es el que ha dado lugar a los conceptos de sostenibilidad y desarrollo sostenible, que conviene introducir someramente antes de abordar con mayor profundidad el análisis de los diferentes tipos de medidas.


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La sostenibilidad como concepto básico unificador de las medidas que se requiere adoptar La mayoría de los trabajos de expertos que abordan la problemática mundial coinciden en señalar como objetivo básico sentar las bases de un desarrollo sostenible. Conviene, pues, precisar su significado, ya que se trata de uno de los conceptos centrales de la actual reflexión sobre la situación del mundo. Actividad 12

Expón lo que, en tu t u opinión, se puede considerar un desarrollo sostenible. Coteja después las ideas con la definición de la Comisión Mundial del Medio Ambiente y del Desarrollo.

Las respuestas apuntan a la necesidad de d e la preservación de los recursos del planeta para geg eneraciones futuras, algo que subyace también en la definición dada por la Comisión Mundial del Medio Ambiente y del Desarrollo (CMMAD, 1988): «El desarrollo sostenible es el desarrollo que satisface las necesidades de la generación generac ión presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades».13 Pero la definición de la CMMAD no se limita a reclamar la preservación de los recursos y se hace necesario profundizar en el significado del concepto, dadas las tergiversaciones frecuentes que dan lugar a malentendidos, críticas y confrontaciones que perjudican la necesaria convergencia de actuaciones. Una primera crítica de las que ha recibido la definición de la CMMAD es, precisamente, que el concepto de desarrollo sostenible apenas sería la expresión de una idea de sentido común de la que aparecen indicios en numerosas civilizaciones que han intuido la necesidad de preservar los recursos para las generaciones futuras. futu ras. Debemos, sin embargo, dejar bien claro que se trata de un concepto absolutamente nuevo, que supone haber comprendido que el mundo no es tan ancho e ilimitado como habíamos creído. Una idea reciente que, además, avanza con mucha dificultad , porque los signos de degradación han sido poco visibles hasta recientemente y porque en ciertas partes del mundo los seres humanos hemos visto mejorados notablemente nuestro nivel y calidad de vida en muy pocas décadas. Ahora bien, no se trata de ver al desarrollo y al medio ambiente como contradictorios (el primero «agrediendo» al segundo y éste «limitando» al primero) sino de reconocer que están estrechamente vinculados, que la economía y el medio ambiente no pueden tratarse por separado. Algunos rechazan esa asociación y señalan que el binomio «desarrollo sostenible» constituye un oxímoron, es decir, la asociación de dos términos esencialmente 13. Véase «sostenibilidad» en: www.oei.es/decada/accion000.htm

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contradictorios, una manipulación de los «desarrollistas», de los partidarios del crecimiento económico, que pretenden hacer creer en su compatibilidad con la sostenibilidad ecológica. La idea de un desarrollo sostenible, sin embargo, parte de la suposición de que puede haber desarrollo, mejora cualitativa o despliegue de potencialidades, sin crecimiento, es decir, sin incremento cuantitativo de la escala física, sin incorporación de mayor cantidad de materiales. Con otras palabras: es el crecimiento lo que no puede continuar indefinidamente en un mundo finito, pero sí es posible el desarrollo. Posible y necesario, porque las actuales formas de vida no pueden continuar, deben experimentar cambios cualitativos profundos, tanto para aquéllos (la mayoría) que viven en la precariedad, como para el 20% que vive más o menos de una manera confortable. Y esos cambios cam bios cualitativos suponen un desarrollo que será preciso diseñar y orientar adecuadamente para que tenga lugar sin crecimiento (e incluso con los decrecimientos puntuales necesarios) y favorezca al conjunto de la humanidad. Nada justifica, pues, que se califique el concepto de desarrollo sostenible como una nueva mistificación de quienes apuestan por un desarrollo basado en el crecimiento continuado, aunque en la mente de algunos anide esta significación. Se trata de una tergiversación, interesada o fruto de la ignorancia, que es preciso combatir. También es preciso evitar injustificados conflictos entre la educación educ ación para la sostenibilidad y la educación ambiental, a la que algunos han acusado de olvidar la dimensión social y centrarse primordialmente en aspectos físicos y biológicos locales. Porque desde hace décadas la comunidad de educadores e investigadores investigadore s en educación ambiental han tomado posición contra ese reduccionismo (Cañal, García y Porlán, 1981) y debe reconocerse que el actual movimiento de educación para la sostenibilidad no viene a desplazar a la educación ambiental, cuyas aportaciones tienen ya una larga y fructífera historia, sino que es fruto del desarrollo de la misma. Ambas corrientes, así como el movimiento Ciencia-Tecnología-Sociedad Ciencia-Tecnología-Socied ad (CTS), confluyen, pues, en el mismo objetivo de construir una nueva mentalidad, una nueva ética y una nueva praxis, para el logro de un futuro sostenible sosteni ble (Bergandi y Galangau-Quérat, 2008). En cualquier caso, y al margen de estas matizaciones y debates, la sostenibilidad aparece como «la idea central unificadora más necesaria en este momento de la historia de la humanidad» (Bybee, 1991). Una idea central que se apoya en el estudio de los problemas, el análisis de sus causas y la adopción de medidas correctoras (Vilches y Gil, 2003). Medidas que, como ya hemos dicho, deben contemplarse globalmente. Nos referiremos seguidamente a dichas medidas, que conviene estudiar con el máximo detenimiento.

Medidas científico-tecnológicas Conviene comenzar proponiendo a los equipos una reflexión destinada a sacar a la luz sus concepciones, que podrán cotejar seguidamente con la información de los expertos.


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Actividad 13

¿Qué investigaciones e innovaciones tecnológicas se deberían promover? ¿Cuáles tendrían que ser sus características? Valora el papel de la tecnociencia frente a los problemas que afectan a la humanidad.

Existe, por supuesto, un consenso general acerca de la necesidad de dirigir los esfuerzos de la investigación e innovación hacia el logro de tecnologías favorecedoras de un desarrollo sostenible (CMMAD, 1988; Worldwatch Institute 1984-2010), incluyendo, entre otras, las siguientes: • Búsqueda de nuevas fuentes de energía, limpias y renovables. • Incremento de la eficiencia energética (que haga posible el necesario ahorro de energía). • Reducción de la contaminación ambiental (con disminución y tratamiento de residuos). • Gestión sostenible del agua y otros recursos esenciales. • Desarrollo de tecnologías agrarias sostenibles. • Prevención y tratamiento de enfermedades (y, en particular, las que azotan al Tercer Mundo). • Reducción de desastres, evitando las «catástrofes anunciadas». • Regeneración de entornos: mitigación y prevención de la contaminación. • Logro de una maternidad y paternidad responsables, responsables, evitando los embarazos indeseados. En síntesis, se requiere una reestructuración global del sistema productivo que tome en consideración sus consecuencias ambientales y sociales. Lo esencial, en cualquier caso, es que estos avances tecnocientíficos se integren en una reestructuración global del sistema productivo para tomar en consideración sus consecuencias ambientales y sociales, tanto inmediatas como a medio y a largo plazo. Es preciso insistir en la aplicación sistemática del principio de precaución, para evitar la aplicación apresurada de una tecnología cuando aún no se han investigado suficientemente sus posibles repercusiones. Cabe señalar que este principio de precaución tropieza, a menudo, con intereses particulares a corto plazo. Ello viene a cuestionar la idea simplista de que las soluciones a los problemas con que se enfrenta hoy la humanidad dependen, sobre todo, de tecnologías más avanzadas, olvidando que las opciones y los dilemas, son a menudo fundamentalmente éticos. Se comprende así la necesidad de adoptar otras medidas, políticas y educativas, a las que nos referiremos más adelante, susceptibles de contribuir a resolver los problemas a los que se enfrenta hoy la humanidad y de favorecer un desarrollo sostenible.

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Nos remitimos al tema de acción clave «Tecnologías para la sostenibilidad»14 para profundizar en esta dimensión tecnocientífica. Señalaremos, antes de terminar este apartado, el interés de estudiar, en función del tiempo disponible, ejemplos concretos de innovaciones tecnocientíficas, en diferentes campos, así como abordar aspectos debatibles, de actualida d, como se propone a continuación. Actividad 14

¿Qué cuestiones de actualidad en torno a medidas científico-tecnológicas consideras de interés debatir?

No podemos entrar aquí a abordar, por razones de espacio, las numerosas cuestiones que hoy se discuten, pero insistimos en la conveniencia de favorecer su debate tomando en consideración la amplia literatura existente al respecto.15 Pasaremos, pues, a continuación, a abordar las medidas educativas.

Medidas educativas La importancia dada al papel de la educación para el logro de la sostenibilidad queda reflejada en la institución por Naciones Unidas de la Década de la Educación para el Desarrollo Sostenible o, mejor, para un futuro sostenible (2005-2014) a cuyo impulso y desarrollo está destinada la página web16 a la que hemos hecho referencia repetidas veces a lo largo de este capítulo. Actividad 15

¿Qué planteamientos educativos se precisarían para contribuir a un desarrollo sostenible?

La importancia dada por los expertos en sostenibilidad al papel de la educación recomendaría dedicar a este apartado una extensión que sobrepasa con mucho las dimensiones que puede tener este capítulo. Nos remitiremos, pues, al tema de acción clave «educación para la sostenibilidad» y las referencias allí recomendadas17 y resumiremos aquí algunos aspectos esenciales. Las propuestas de los expertos apuntan a impulsar una educación que supere la tendencia a orientar el comportamiento en función de intereses a corto plazo o de la simple 14. www.oei.es/decada/accion003.htm 15. www.oei.es/decada/accion003.htm 16. www.oei.es/decada 17. www.oei.es/decada/accion004.htm


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costumbre. Una educación que promueva análisis globalizadores y contribuya a una correcta percepción del estado del mundo; que prepare para la acción ciudadana y para la toma de decisiones fundamentadas dirigidas al logro de un desarrollo culturalmente plural y físicamente sostenible; que genere, en definitiva, actitudes y comportamientos responsables. Es preciso conocer y poner en práctica lo mucho que cada cual puede hacer, junto a otros, en los distintos ámbitos. Y la educación debe también ayudar a ponerlo en práctica: • Consumo responsable (que supone poner en práctica las conocidas «tres R» de reducir el consumo, reutilizar los objetos y recursos mientras sea posible y, por último, reciclarlos). • Comercio justo (lo que significa comprar productos con garantía de que han sido obtenidos mediante procedimientos sostenibles, respetuosos con el medio y con las personas). • Activismo ciudadano… que nos remite a las medidas políticas. En ocasiones surgen dudas acerca de la efectividad que pueden tener los comportamientos individuales, los pequeños cambios en nuestras costumbres, en nuestros estilos de vida, que la educación puede favorecer. Conviene, pues, plantear de forma explícita la cuestión procediendo seguidamente a algún sencillo cálculo ilustrativo. Actividad 16

• Valora la siguiente proposición: proposición: «Los problemas de agotamiento de los recursos energéticos y degradación del medio son debidos, fundamentalmente, a la actividad de las grandes industrias; lo que cada uno de nosotros puede hacer al respecto es, comparativamente, insignificante». • Realiza algún cálculo ilustrativo, que permita poner a prueba las conjeturas avanzadas.

Una proposición como la que se pide comentar expresa una concepción muy extendida acerca de la inutilidad de las acciones individuales. Pero resulta fácil mostrar (bastan cálculos muy sencillos) que si bien esos «pequeños cambios» suponen, supone n, por ejemplo, un ahorro energético por cápita muy pequeño, al multiplicarlo por los muchos millones de personas que en el mundo pueden realizar dicho ahorro, éste llega a representar cantidades ingentes de energía, con su consiguiente reducción de la contaminación ambiental. La suma de las acciones individuales, por nimias que nos parezcan, tiene una importancia decisiva, tanto en las soluciones como en la generación de los problemas. Resulta fundamental, pues, profundizar en lo mucho que cada uno de nosotros puede hacer, junto a otros, en los distintos ámbitos.

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Actividad 17

Propón acciones concretas de apoyo a la sostenibilidad, susceptibles de ser puestas en práctica en los distintos ámbitos: domicilio familiar, centro de trabajo, barrio, ciudad…

Las acciones propuestas por el conjunto de los equipos18 suelen resultar tan ricas como las que pueden encontrarse en una amplia literatura, pero aunque esto es importante sigue siendo insuficiente para romper con hábitos insostenibles y fuertemente arraigados y, sobre todo, para lograr una implicación decidida: es necesario ir más allá del estudio conceptual y establecer compromisos de acción para comenzar a poner en práctica algunas de las medidas y realizar el seguimiento de los resultados obtenidos. Estas acciones, debidamente evaluadas, se convierten en el mejor procedimiento para una comprensión profunda de los retos y en un impulso para nuevos compromisos. Con ese propósito conviene establecer redes de seguimiento y (auto)evaluación, que incorporen compromisos concretos, evaluables de forma periódica. Naturalmente, no se trata de proponer la puesta en marcha simultánea del conjunto de medidas concebidas. Conviene seleccionar aquéllas que se vean más fácilmente realizables por un colectivo y consensuar planes y formas de seguimiento que se conviertan en impulso efectivo, favorezcan resultados positivos y estimulen una implicación creciente. Y no debemos olvidar que aunque las acciones individuales de cada uno de nosotros son, sin duda, importantes en lo que se refiere a un consumo responsable, el cuidado del medio ambiente, etc., no pueden quedar en simples acc iones privadas. La participación en acciones ciudadanas ha de estar también presente cuando contemplamos las medidas por adoptar. Ello nos remite a las medidas políticas.

Medidas políticas De nuevo aquí conviene recabar las aportaciones de los equipos, tras hacerles reflexionar contra el descrédito de «lo político», actitud que promueven quienes desean hacer su política sin intervención ni control de la ciudadanía. Actividad 18

• ¿Qué medidas políticas podemos y debemos promover para contribuir contribuir a un futuro sostenible? • Busca información de medidas políticas que ya se estén llevando a cabo o se estén reivindireivindicando para hacer frente a los problemas del planeta.

18. www.oei.es/decada/ciudadanas.pdf


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Para mostrar la importancia de las medidas políticas podemos hacer referencia, a titulo de ejemplo, a algunos acuerdos planetarios, ya adoptados, que constituyen auténticos logros para la sostenibilidad, como el Protocolo de Montreal (1989) (1989) para evitar la destrucción de la capa de ozono. Conviene hacer referencia igualmente a leyes de protección del medio, impulso de energías renovables, etc., en la Unión Europea y en nuestro país, porque la acción política ha de extenderse a la vez en el ámbito local y en el global. Todos estos ejemplos permiten comprender la efectividad de las medidas políticas y la necesidad de seguir impulsándolas para lograr, por ejemplo, un acuerdo justo y vinculante contra el cambio climático. No podemos extendernos en la consideración de las medidas políticas necesarias.19 En síntesis se precisan legislaciones e instituciones que eviten la imposición de valores e intereses particulares, nocivos para la población actual y las generaciones futuras, y que establezcan un nuevo orden mundial basado en la cooperación, cooperación , el rechazo del unilateralismo, la protección y defensa del medio y de la diversidad biológica y cultural y, en definitiva, la universalización de los derechos humanos.20 Actividad 19

Enumera cuáles deberían ser, en tu opinión, los derechos humanos fundamentales y su contribución al logro de un desarrollo sostenible. Elabora seguidamente un póster que ayude a comprender la relación existente entre los derechos humanos y el desarrollo sostenible, apoyándote en información pertinente.

La idea inicial de los participantes acerca de qué entender por derechos humanos suele resultar, en general, bastante pobre, limitada a los lo s derechos políticos. Pero al plantear la cuestión como una propuesta la discusión permite superar el reduccionismo inicial y referirse no sólo a los derechos políticos, sino también económicos, culturales y sociales e incluso a mencionar cosas como el «derecho a un ambiente sano». Ello da pie a recordar brevemente la historia de estos derechos humanos –un concepto que ha ido ampliándose hasta contemplar tres «generaciones» de derechos íntimamente relacionados (Vercher, 1998)– al tiempo que se analiza su papel para el logro de un desarrollo sostenible. Podemos referirnos, en primer lugar, a los derechos democráticos, civiles y políticos (de opinión, reunión, asociación, etc.) para todos, sin limitaciones de origen étnico o de género, que constituyen una condición sine qua non para la participación ciudadana en la toma de decisiones que afectan al presente y futuro de la sociedad. Se conocen hoy como Derechos humanos 19. Véase «Gobernanza universal» en: www.oei.es/decada/accion16.htm 20. www.oei.es/decada/accion10.htm

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de primera generación, por ser los primeros que fueron reivindicados y conseguidos (no sin conflictos) en un número creciente de países.

Asimismo, nos referimos, a la necesidad de contemplar también la universalización de los derechos económicos, sociales y culturales, o Derechos humanos de segunda generación, reconocidos bastante después de los derechos políticos. El conjunto de estos derechos aparece como un requisito y, a la vez como un objetivo, del desarrollo sostenible. ¿Se puede exigir a alguien, por ejemplo, que no contribuya a esquilmar un banco de pesca si ése es su único recurso para alimentar a su familia? No es concebible tampoco, por citar otro ejemplo, la interrupción de la explosión demográfica sin el reconocimiento del derecho a la planificación familiar y al libre disfrute de la sexualidad. Y ello remite, a su vez, al derecho a la educación. En definitiva, la preservación sostenible de nuestro planeta exige la satisfacción de las necesidades básicas de todos sus habitantes. Pero esta preservación aparece hoy como co mo un derecho en sí mismo, como parte de los llamados Derechos humanos de tercera generación, que se califican como derechos de solidaridad y y que incluyen, de forma destacada, el derecho a un ambiente sano, a la paz y al desarrollo para todos los pueblos y para las generaciones futuras, integrando en éste último la dimensión cultural que supone el derecho al patrimonio patrim onio común de la humanidad. Se trata, pues, de derechos que incorporan explícitamente el objetivo de un desarrollo sostenible. Digamos, para terminar, que el logro de un futuro sostenible requiere un cambio profundo de actitudes y comportamientos, que se concreta, en última instancia, en el respeto y promoción de los derechos humanos sin discriminaciones de ningún tipo. Se precisa para ello una auténtica revolución cultural , un cambio profundo en comportamientos y formas de organización social. En realidad hay que hablar de una revolución no sólo cultural, sino también política y tecnocientífica. Precisamos esa «revolución por un futuro sostenible» a la que hacíamos referencia como la tarea de la que los estudiantes, necesariamente, necesariamente, habrán de ser protagonistas. El objetivo precisamente de este programa de actividades es impulsar a los futuros profesores, y, a través de ellos, a los estudiantes, a actuar como «activistas ilustrados» (knowledge-based activists) para que contribuyan a crear un clima de implicación generalizada para hacer frente a la situación situac ión de emergencia planetaria, sabiendo que es posible actuar, pero que debemos hacerlo ya.

Recapitulación y perspectivas Hemos pasado revista a un conjunto de problemas con los que se enfrenta hoy la humanidad así como al conjunto de medidas que se requiere adoptar para avanzar hacia un futuro sostenible. Proponemos ahora, para recapitular, algunas actividades de globalización.


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Actividad 20

Elabora un esquema o «mapa semántico» que proporcione una visión global de los aspectos tratados a lo largo de esta unidad y que muestre la estrecha vinculación de los problemas y de las medidas propuestas para lograr un desarrollo sostenible.

La construcción de un esquema, como el que se propone en esta actividad, constituye una de las mejores formas de impulsar una recapitulación de los problemas tratados que muestre la estrecha vinculación de dichos dicho s problemas y de las medidas concebidas para lograr un desarrollo sostenible. La organización de una sesión póster póste r para discutir los distintos esquemas elaborados21 permite profundizar colectivamente en esta visión global y ayuda a cada grupo a autorregular su trabajo. Todo lo que hemos venido desarrollando a lo largo del capítulo pretendía hacernos comprender la gravedad de los problemas tratados, así como la necesidad y posibilidad de hacerles frente. Pero, como ya hemos señalado, no basta con tener una correcta percepción de los problemas y de concebir las acciones necesarias: es preciso implicarse en llevarlas a la práctica. Conviene, pues, dar continuidad a este capítulo dedicado a la sostenibilidad con actividades que contribuyan al impulso de la tarea que después deberán realizar con sus estudiantes, es decir, la adquisición, puesta en práctica y evaluación de compromisos a realizar en el centro, en el barrio, en la propia vivienda, etc. Actividad 21

Propón acciones concretas que se puedan desarrollar a lo largo del curso orientadas a implicar al resto de la comunidad escolar (estudiantes, profesores, consejo escolar…) y al entorno en la construcción de un futuro sostenible.

A título de ejemplo, detallamos algunas acciones que pueden puede n desarrollarse al largo del curso para implicar a los estudiantes en la construcción de un futuro sostenible: • Estudiar el impacto que la reutilización y el reciclado de algunos materiales (papel, vidrio, pilas, etc.) puede tener en el ahorro energético y/o reducción de la contaminación y organizar una campaña de recogida de estos materiales en el centro. • Considerar medidas medidas que se puedan aconsejar a los ciudadanos y ciudadanas para ahorrar energía en las viviendas, transporte, transporte, etc., diseñando una campaña de sensibilización acerca de los problemas energéticos y sus posibles soluciones para el barrio y para el centro. 21. www.oei.es/decada/accion000.htm

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• Organizar debates documentados (aprovechando documentales científicos sobre los problemas del planeta) en torno a cuestiones como el cambio climático, la lucha contra la pobreza extrema, el uso de agrocombustibles, la energía nuclear, los transgénicos, la cuestión demográfica, etc. • Organizar Org anizar debates, en particular, sobre problemas de ámbito local que permitan valorar distintas opciones, sus consecuencias locales y globales, etc. • Recoger, analizar y discutir noticias de prensa sobre la problemática de la situación del mundo. • Preparar carteles que llamen la atención y contribuyan a la educación para la sostenibilidad. • Participar en «ciberacciones» para promover la sostenibilidad. • Construir hornos solares. • Visitar un «huerto solar» o un parque eólico, y escribir reseñas. • Visitar y comentar exposiciones y museos sobre la problemática socioambiental, así como diseñar y realizar alguna. • (...) En la web y revista Década por una Educación para la Sostenibilidad (AECID-OEI, 2010) a la que nos hemos venido refiriendo, se hallan disponibles materiales para el desarrollo del capítulo. En particular, en «Documentos y Acciones» se encuentra disponible una presentación en PowerPoint en la que se abordan sus contenidos.22 así como el análisis de los posibles obstáculos que están impidiendo la implicación ciudadana en el logro de la sostenibilidad y la necesidad de su superación. Al mismo tiempo, en De la emergencia planet pla netari ariaa a la con constr strucc ucción ión de un fut futuro uro sost sosteni enible ble23 se encuentra disponible un programa de actividades para abordar la problemática de la sostenibilidad con estudiantes de educación secundaria.

www.uv.es/~vilches/documentos%20enlazados/Taller%20P tos%20enlazados/Taller%20Profesores%20Completa% rofesores%20Completa%20DEFS.ppt 20DEFS.ppt 22. www.uv.es/~vilches/documen

23. www.uv.es/~vilches/documen www.uv.es/~vilches/documentos%20enlazados/1%20Po tos%20enlazados/1%20Por%20un%20futur r%20un%20futuro%20sostenible.pdf o%20sostenible.pdf


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FUENTES Y RECURSOS Organización de Estados Iberoamericanos. Década por una educación para la sostenibilidad. Materiales didácticos para enseñar sostenibilidad.

www.oei.es/decada/accion000.htm Web de la Organización de Estados Iberoamericanos sobre la década para una educación para la sostenibilidad. En esta web se dispone de materiales para el desarrollo del capítulo. En particular, en «Documentos y Acciones» se encuentra disponible una presentación en PowerPoint en la que se abordan sus contenidos: , así como el análisis de los posibles obstáculos que están impidiendo la implicación ciudadana en el logro de la sostenibilidad y la necesidad de su superación. Al mismo tiempo, en: se encuentra disponible un programa de actividades para abordar la problemática de la sostenibilidad con estudiantes de secundaria.

VILCHES, A. y GIL, D. (2003). Construyamos un futuro sostenible. Diálogos de supervivencia. Madrid: Cambridge University Press. Este libro aborda a través del diálogo imaginado imagin ado entre dos profesoras los problemas acuciantes que tiene planteados el planeta en que vivimos, las causas de la degradación ambiental y las acciones que se pueden hacer para avanzar hacia una sociedad sostenible. Su punto de partida está en la Cumbre de la Tierra, convocada por Naciones Unidas en 1992 en Río de Janeiro, donde se reclamó una decidida acción de los educadores para que los ciudadanos y las ciudadanas adquiriesen una correcta percepción de la situación de emergencia planetaria en la que están inmersos.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS AECID-OEI (2010). Década por una Educación para la Sostenibilidad. Disponible en línea en: . BERGANDI, D. y GALANGAU-QUÉRAT, F. (2008). Le développement durable. Les racines environnementalistes d’un paradigme. Aster , 46, 31-44. BYBEE, R. (1991). Planet Earth in crisis: How should science educators respond? The American Biology Teacher , 53 (3), 146-153. CAÑAL, P., GARCÍA, J.E. y PORLÁN, R. (1981, 1985, 1986). Ecología y Escuela. Teoría y práctica de la Educación Ambiental . Barcelona: Laia. CMMAD (COMISIÓN MUNDIAL DEL MEDIO AMBIENTE Y DEL DESARROLLO) (1988). Nuestro Futuro Común. Madrid: Alianza. [Edición original en inglés: Our Common Future, Oxford University Press, 1987.] DALY, H. (1997). Criterios operativos para el desarrollo sostenible. En Daly, H. y Schutze, C. Crisis ecológica y sociedad . Valencia: Germania. DELIBES, M. y DELIBES DE CASTRO, M. (2005). La Tierra herida. ¿Qué mundo heredarán nuestros hijos? Barcelona: Destino. DIAMOND, J. (2006). Colapso. Barcelona: Debate. [Edición original en ingles: Collapse: How Societies Choose to Fail or Succeed , Viking Books, 2005.] DUARTE, C. (coord.) (2006). Cambio Global. Impacto de la actividad humana sobre el sistema Tierra. CSIC. FOLCH, R. (1998). Ambiente, emoción y ética. Barcelona: Ariel. LEAKEY, R y LEWIN, R. (1997). La sexta extinción. Barcelona: Tusquets Editores. [Edición original en inglés: The Sixth Extinction: Patterns of Life and the Future of Humankind, Random House, 1996.] MAALUF, A. (1999). Las identidades asesinas. Madrid: Alianza. [Edición original en francés: Les identités meurtrières, Grasset, 1998.] MAYOR ZARAGOZA, F. (2000). Un mundo nuevo. Barcelona: Círculo de lectores. [Edición original en francés: Un Monde Nouveau, UNESCO, 2000.] MEADOWS, D.H., RANDERS, J. y MEADOWS, D.L. (2006). Lo s límites del crecimiento 30 años después. Barcelona: Galaxia Gutenberg. SACHS, J. (2008). Economía para un planeta abarrotado. Barcelona: Debate. [Edición original en inglés: Common Wealth: Economics for a Crowded Planet , Penguin Press, 2008.] SEN, A. (2000). Desarrollo y libertad . Barcelona: Planeta. [Edición original en inglés: Development as freedom, Oxford University Press, 1999.] UN-HABITAT’ss State of the World’s Cities Report 2006/7. United Nations Human Settlements UN-HABITAT’ Programme. Nairobi: Gutenberg Press. VERCHER, A. (1998). Derechos humanos y medio ambiente. Claves de Razón Práctica, 84, 14-21.


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VILCHES, A. y GIL, D. (2003). Construyamos un futuro sostenible. Diálogos de supervivencia. Madrid: Cambridge University Press. WORLDWATCH INSTITUTE (1984-2010). The State of the World . Nueva York: W.W. Norton. [Versión en español: La situación del mundo, Barcelona: Icaria.]

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7. LAS CIENCIAS EN LA ESO DESDE LA PERSPECTIVA DE LA ALFABETIZACIÓN CIENTÍFICA


• ¿Cómo se puede caminar hacia hacia la alfabetización científica? científica? • El currículo de Ciencias de la naturaleza y de Física y Química en la educación secundaria obligatoria en España • Las competencias • Contextualización de algunas actividades

María Jesús Martín-Díaz IES Jorge Manrique. Tres Cantos (Madrid) María Sagrario Gutiérrez Julián IES San Juan Bautista. Madrid Miguel Ángel Gómez Crespo IES Victoria Kent. Torrejón de Ardoz (Madrid) Si el propósito de este capítulo es analizar los currículos de la educación secundaria obligatoria (ESO) desde la perspectiva de la alfabetización científica, parece obligado empezar haciendo una pequeña incursión en su significado y, sobre todo, en sus consecuencias para la enseñanza de las ciencias. La aparición del término «alfabetización científica» es el resultado de un replanteamiento de la finalidad de la educación científica: ¿para qué enseñar ciencia a los ciudadanos?, ¿es la ciencia un aprendizaje que deben acometer todos o sólo una parte de los mismos? Las respuestas a estas preguntas –en definitiva, la finalidad de la educación– es la guía que dirige la toma de decisiones de cisiones en el resto de cuestiones de la enseñanza: ¿qué capacidades desarrollar?, ¿qué contenidos seleccionar?, ¿qué estrategias utilizar?, ¿qué actividades diseñar?, etc.

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La alfabetización científica considera que la finalidad de la enseñanza de las ciencias es lograr que toda la población tenga unos conocimientos científicos tales que le permita comprender las noticias relacionadas con la ciencia y la tecnología presentes tanto en los medios de comunicación y de información como en los prospectos de las medicinas, las etiquetas de los alimentos, etc. Pero una persona alfabetizada científicamente no sólo debe comprender, sino que debe tomar decisiones y participar activamente en aspectos de la vida individual y social relacionados con temas científico-tecnológicos. Se puede decir que con la alfabetización científica se amplía el horizonte, se hace más ambiciosa la educación científica, quiere llegar a toda la población y no sólo a los futuros estudiantes de ciencias experimentales. Pero este hecho no es más que un reflejo de un cambio social, se está consolidando la idea de que la ciencia forma parte de la cultura (Gutiérrez Julián, Gómez Crespo y Martín-Díaz, 2002). La primera reacción a la gran presencia de la ciencia y la tecnología en la sociedad se encuentra en los movimientos contestatarios de los años sesenta, ante el aumento de la contaminación del agua y de la atmósfera y el debate de la energía nuclear. Su consecuencia en la enseñanza fue la aparición de los movimientos Ciencia-Tecnología- Sociedad (CTS), de los cuales Aikenhead (2002) ofrece una interesante revisión. Durante la década de los ochenta, un gran número de países, junto con la UNESCO, hicieron de nuevo una reflexión sobre las finalidades de la enseñanza de las ciencias, señalando como tales «la educación científica de todos los estudiantes, estudian tes, como público general del futuro», junto con «la selección y la preparación de los futuros científicos», bajo el eslogan «Ciencia para todos». El término «alfabetización científica» parece que es en la década de los noventa cuando aglutina a algunos pensadores e investigadores de la enseñanza de las ciencias. Este movimiento, que toma el testigo de los anteriores, emerge con su misma declaración general de principios y haciéndose eco, incluso, de las críticas recibidas para tratar de subsanarlas. Son varios los autores (Hurd, 1998 y Aguilar, 1999, entre otros) que señalan la importancia de la concepción CTS en esta nueva corriente. Posteriormente, surge el movimiento denominado «comprensión pública de la ciencia», en el que diferentes autores (Fensham y Harlen, 1999; Jenkins, 1999; Cross y Price, 2001) indican que es preciso analizar la relación entre la educación en la escuela y la comprensión pública de la ciencia o, dicho de otro modo, la interacción entre la sociedad y la ciencia. La pregunta obligada, por tanto, es: ¿hay o había grandes diferencias entre estos movimientos que justificasen su aparición consecutiva? Un análisis realizado con anterioridad (MartínDíaz, 2004) parece indicar que las diferencias entre ellos no son fundamentales, a pesar de sus características idiosincrásicas, y que todos son, principalmente, principalmen te, intentos semejantes en la búsqueda de soluciones a un problema: la educación científica para todos los ciudadanos. Pero ¿han alcanzado sus objetivos? O, aún más, ¿es posible alcanzarlos?

LAS CIENCIAS EN LA ESO DESDE LA PERSPECTIVA DE LA ALFABETIZACIÓN CIENTÍFICA

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Brevemente, ¿la alfabetización científica es un mito, como señalaba Shamos (1995), o puede ser una realidad? Cuando hace algunas décadas la sociedad occidental se planteó la necesidad de alfabetizar (enseñar a leer y a escribir) a toda la población, el objetivo pareció ambicioso e, incluso, inalcanzable. Al cabo de los años podemos comprobar que en los países occidentales la gran mayoría de la población está alfabetizada, aunque no ocurre así en muchos otros del planeta, porque posiblemente ni siquiera se ha planteado. Y en los primeros se han dado más pasos de gran avance social: la educación es obligatoria hasta los 16 años y en algunos de ellos hasta los 18. Con la alfabetización científica puede ocurrir algo parecido. El camino no es fácil, pero ya se ha empezado. La L a preocupación de los investigadores y los innovadores en educación, plasmada en los movimientos anteriormente nombrados, a pesar de que su repercusión en la práctica de las aulas sea pequeña, ha impregnado los nuevos diseños curriculares, que son indicadores de ese comienzo, como veremos más adelante. En conclusión, en el continuo entre mito y realidad, es posible que en la actualidad estemos cerca del mito, pero en el futuro se puede vislumbrar la realidad.

¿Cómo se puede caminar hacia la alfabetización científica? La alfabetización científica tiene poderosos atractivos, ya que el fin último sería la consecución de una sociedad más culta y, por tanto, más libre y menos manipulable; de hecho, en una encuesta realizada entre el profesorado en el año 2002 (Martín-Díaz, 2006a), una mayoría se decantaba por ella frente a una finalidad más propedéutica u otra más conceptual. Pero la dificultad se encuentra en cómo y en qué pasos, medios y estrategias hay que utilizar para lograrlo. Para buscar una solución, por un lado se va a analizar brevemente lo que se indica desde el mundo de la investigación y la innovación educativas; y por el otro se va a realizar un somero rastreo de los currículos de los países de nuestro entorno que han apostado por la alfabetización científica. El objetivo de este apartado es fijar unos criterios con un cierto grado de objetividad que nos permitan analizar los currículos de Ciencias de la naturaleza en la ESO de nuestro país. Se empieza, pues, con las aportaciones de algunos autores. Jenkins (1999) da las siguientes sugerencias: • La educación científica debe dar menos importancia a los principios físicos, químicos y biológicos establecidos y centrar su interés en cuestiones donde la ciencia es menos segura y más controvertida (la compleja relación entre ciencia y política social, entre conciencia y evaluación de riesgos, etc.). • Es necesario repensar el papel de la ciencia en la educación científica, porque se vienen detectando continuamente en los currículos deficiencias en la enseñanza de la naturaleza de la ciencia.

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El Programme for International Student Assessment o PISA (OCDE, 2006) hace alusión a cuatro capacidades para hacer operativa la alfabetización científica: • Reconocer cuestiones que pueden ser o han sido respondidas en investigaciones científicas. • Identificar datos o evidencias necesarios para contrastar una explicación o explorar un tema. • Evaluar críticamente conclusiones en relación con datos o evidencias científicas. • Comunicar a los demás conclusiones válidas. Otros autores señalan la necesidad de determinar niveles de alfabetización científica. Marco (2000) indica un primer nivel de alfabetización científica práctica para mejorar las condiciones de la vida diaria o cotidiana, un segundo nivel de alfabetización cívica para intervenir en decisiones sociopolíticas y un tercer nivel de alfabetización científica cultural, que incida sobre todo en la naturaleza de la ciencia y de la tecnología. Esta misma autora también indica cuatro verbos claves en el logro de la alfabetización científica: • Conocer (acceder (acceder a un lenguaje para usarlo). • Descodificar (utilizar (utilizar los procesos y procedimientos de la ciencia). • Actuar (tomar (tomar decisiones que se conviertan en acciones). • Desmitificar (conocer (conocer la naturaleza de la ciencia). Todo lo dicho anteriormente converge en la selección de contenidos. Fensham y Harlen (1999) indican que ésta se regirá por cinco criterios: • Relevancia para las situaciones cotidianas. • Relevancia para la próxima década o más. • Relevancia para situaciones sociales en las que existen aspectos científicos. • Contenidos conceptuales asociados a procedimentales implicados. • Relevancia para la vida en general y no sólo para la vida escolar. Tratando de concretar lo anteriormente dicho, creemos que los criterios que deberían regir la elaboración de los currículos en la educación secundaria obligatoria son éstos: • Disminuir los contenidos académicos con una finalidad claramente propedéutica. • Aumentar los contenidos más relevantes para la vida personal, social y política, presente y futura, de los alumnos. • Mostrar las aplicaciones de los conocimientos científicos en los distintos aspectos de la vida y en la toma de decisiones. • Hacer Hace r hincapié en los procesos de la ciencia, mostrando las maneras de argumentar y de obtener conclusiones a partir de los datos. • Conducir a los alumnos hacia la reflexión sobre qué es la ciencia y cómo se elabora, señalando los requisitos de las teorías científicas frente a las que no lo son.


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En cuanto al análisis de los currículos, a continuación se presenta un breve resumen de algunos aspectos destacables en los currículos de Inglaterra y Gales, Portugal, Francia y España (Caamaño, 2007), poniendo la atención en la selección de contenidos y su contextualización. En lo que se refiere a la selección de contenidos, en todos los países mencionados sin excepción hay acuerdo en que es necesario reducir los contenidos conceptuales, dejando sólo aquellos de mayor capacidad explicativa, que den respuesta a muchas situaciones problemáticas de la vida cotidiana y, a la vez, permitan establecer entre ellos una estructura lógica de las disciplinas. Sin embargo, da la sensación de que esta preocupación ha llevado a un cambio en los títulos de los bloques, que se refieren, en muchos casos, a problemas estructurantes que pueden servir como hilo conductor para el tratamiento de los conceptos, pero cuando especifican con detalle los contenidos de cada bloque se vuelve a los epígrafes tradicionales, excepto en el caso del currículo portugués y, en alguna medida, del francés. En cuanto a la contextualización de los contenidos, todos los currículos citados tienden a mostrar la relevancia funcional y social de los mismos. En este sentido, el currículo portugués es en el que se aprecia de forma más clara esta orientación. A modo de ejemplo, se transcriben los títulos de dos de los cuatro bloques de contenidos del currículo portugués en la etapa 12-15 años y algunos de sus apartados: • Sostenibilidad de la Tierra: reconocimiento de que la intervención humana en la Tierra es fundamental para la obtención de alimentos y de la energía necesaria para la vida. Comprensión de cómo la intervención humana en la Tierra puede afectar la calidad del agua, del suelo y del aire, con implicaciones para la vida de las personas. (…). • Vivir mejor en la Tierra: (…) discusión de asuntos polémicos sobre los cuales los ciudadanos deben tener una opinión fundamentada. (…).

El currículo de Ciencias de la naturaleza y de Física y Química en la educación secundaria obligatoria en España Como ya se ha indicado, el objetivo es fijar unos criterios para analizar el currículo de Ciencias de la naturaleza de 1.º y 2.º de la ESO y de Física y Química en 3.º y 4.º de la ESO fijado por el Real Decreto 1631/2006 de enseñanzas mínimas, emanado de la Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo (LOE). Los criterios son, pues: • Contenidos académicos frente a los relevantes para la vida personal y social. • Contenidos de procesos de la ciencia y naturaleza de la ciencia. • Contextualización de los contenidos.

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Contenidos académicos frente a los relevantes para la vida; procesos de la ciencia y naturaleza de la ciencia Para analizar los currículos presentes en el Real Decreto 1631/2006 de enseñanzas mínimas, en los cuadros 1, 2, 3 y 4 se han clasificado los contenidos de los diferentes cursos de la ESO, respectivamente, en tres categorías: contenidos académicos o disciplinares, contenidos relevantes para la vida personal y contenidos relevantes para la vida social, teniendo en cuenta las consideraciones de Marco (2000). La intención es determinar el peso de un tipo de contenidos frente a otros en los cuatro cursos. Esta clasificación no es fácil y puede ser objeto de debate, ya que hay contenidos, escritos en cursiva en los cuadros, que pueden ser considerados académicos que se precisan para comprender y poder utilizar los que tiene mayor relevancia personal o cívica. Cuadro 1. Contenidos académicos frente a contenidos relevantes para la vida en el primer curso de la ESO*

CONTENIDOS ACADÉMICOS

CONTENIDOS

CONTENIDOS RELEVANTES

O DISCIPLINARES

RELEVANTES

PARA LA VIDA SOCIAL

PARA LA VIDA PERSONAL

O CÍVICA

1.5. Utilización cuidadosa de los materiales y los instrumentos básicos de un laboratorio y respeto por las normas de seguridad en el mismo. 2.4. Utilización de técnicas de orientación. Observación del cielo diurno y nocturno. 2.8. 2. 8. Identi ficaci ón de mezclas y sustancias. Ejemplos de materiales de interés y su utilización en la vida cotidiana. 3.2. Fenómenos atmosféricos.

3.4. 3. 4. Reconocim iento del papel protector de la atmósfera, de la importancia del aire para los seres vivos y para la salud humana, y de la necesidad de contribuir a su cuidado. 3.5. La importancia del agua en el clima, en la configuración del paisaje y en los seres vivos. 3.9. Reservas de agua dulce en la Tierra: importancia de su conservación. 3.10.. La contaminación, la 3.10 depuración y el cuidado del agua. Agua y salud. 3.12. Importancia y utilidad de los minerales. 3.15. Importancia y utilidad de las rocas. Explotación de minerales y rocas. 4.7. Valoración de la importancia de mantener la diversidad de los seres vivos. Análisis de los problemas asociados a su pérdida.

2.1. El Universo y el Sistema Solar. 2.2. El Universo, estrellas y galaxias, Vía Láctea, Sistema Solar. 2.3. La Tierra como planeta. Los fenómenos naturales relacionados con el movimiento de los astros: estaciones, día y noche, eclipses. 2.6. Propiedades generales de la materia. 2.7. Estados en los que se presenta la materia en el universo y sus características. Cambios de estado. 3.1. Caracterización de la composición y las propiedades de la atmósfera. Importancia del debate que llevó a establecer su existencia contra las apariencias y la creencia en el «horror al vacío». 3.2. Variables que condicionan el tiempo atmosférico. Distinción entre tiempo y clima. 3.7. El agua en la Tierra en sus formas líquida, sólida y gaseosa. 3.8. El ciclo del agua en la Tierra y su relación con el Sol como fuente de energía. 3.16. Introducción a la estructura interna de la Tierra. 4.1. Factores que hacen posible la vida en la Tierra. 4.2. Características de los seres vivos. Interpretación de sus funciones vitales. 4.3. El descubrimiento de la célula. Introducción al estudio de la biodiversidad. La clasificación de los seres vivos: los cinco reinos (moneras, protoctistas, hongos, plantas, animales). 4.5. Los fósiles y la historia de la vida.

* La numeración indica el número de bloque seguido del número de epígrafe dentro de cada bloque.


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relevantes para la vida en el segundo curso de la ESO Cuadro 2. Contenidos académicos frente a contenidos relevantes


CONTENIDOS

CONTENIDOS

O DISCIPLINARES

RELEVANTES

RELEVANTES PARA LA


VIDA SOCIAL O CÍVICA

2.1. La energía como concepto fundamental para el estudio de los cambios. 3.1. El calor como agente productor de cambios. Distinción entre calor y temperatura. 3.3. Interpretación del calor como forma de transferencia de energía. 3.5. Luz y visión: los objetos como fuentes secundarias de luz. 3.7. Estudio cualitativo de la reflexión y de la refracción. 3.9. Sonido y audición. Propagación y reflexión del sonido. 4.1. Las manifestaciones de la energía interna de la Tierra: Tier ra: eru erupcio pciones nes y terr terremo emotos tos.. 4.4. Manifestaciones de la geodinámica interna en el relieve terrestre. 5.1. Nutrición autótrofa y heterótrofa. 5.2. La respiración en los seres vivos. 5.3. Las funciones de relación: percepción, coordinación y movimiento. 5.4. Características de la reproducción sexual y asexual. 6.1. Biosfera, ecosfera y ecosistema. Identificación de los componentes de un ecosistema. Influencia de los factores abióticos y los factores bióticos en los ecosistemas. 6.2. Ecosistemas acuáticos de agua dulce y marinos. Ecosistemas terrestres: biomas. 6.3. El papel que desempeñan los organismos productores, consumidores y descomponedores en el ecosistema.

1.5. Utilización cuidadosa 2.1. Valoración del papel de los materiales y de la energía en nueslos instrumentos básitras vidas. cos de un laboratorio 2.3. Problemas asociados a y respeto por las norla obtención, el transmas de seguridad en porte y la utilización de el mismo. la energía. 2.2. Análisis y valoración de 4.2 4.2.. Valoración de los las diferentes fuentes riesgos volcánico y de energía, renovables y sísmico e importanno renovables. cia de su predicción y 2.4. Toma de conciencia de prevención. la importancia del ahorro energético. 3.4. Valoración de las aplicaciones de la utilización práctica del calor. 3.10. Valora Valoración ción del problema de la contaminación acústica y lumínica. 5.1. La nutrición: obtención y uso de materia y energía por los seres vivos.

Cuadro 3. Contenidos académicos frente a contenidos relevantes para la vida en el tercer curso de la ESO


CONTENIDOS

CONTENIDOS

O DISCIPLINARES

RELEVANTES

RELEVANTES PARA LA



2.1. Contribución del estudio de los gases al conoci- 1.5. Utilización cuidadosa 3.3. Valoración de las miento de la estructura de la materia. de los materiales y los repercusiones de la 2.2. Construcción del modelo cinético para explicar instrumentos básicos de electricidad en el delas propiedades de los gases. un laboratorio y respeto sarrollo científico y 2.4. Extrapolación del modelo cinético de los gases por las normas de segu- tecnológico y en las a otros estados de la materia. ridad en el mismo. condiciones de vida. 2.5. La teoría atómico-molecular de la materia.

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2.6. Revisión de los conceptos de mezcla y sustancia. 2.6. Mezcla o sustancia: su 3.5 Importancia de las apli 2.7. Sustancias simples y compuestas. Distinción importancia en la vida caciones de las susentre mezcla y sustancia compuesta. Introduccotidiana. tancias radiactivas y ción de conceptos para medir la riqueza de valoración de las resustancias en mezclas. percusiones de su uso 2.8. La hipótesis atómico-molecular para explicar la para los seres vivos y el diversidad de las sustancias: introducción del medio ambiente. concepto de elemento químico. 4.3.. Valoraci 4.3 Valoración ón de las 3.4. Modelos atómicos de Thomson y de Rutherford. repercusiones de la 3.5. Caracterización de los isótopos. fabricación y el uso 4.1. Interpretación macroscópica de la reacción quíde materiales y susmica como proceso de transformación de unas tancias frecuentes sustancias en otras. en la vida cotidiana. 4.2. Descripción del modelo atómico-molecular para explicar las reacciones químicas. Interpretación de la conservación de la masa. Representación simbólica. Cuadro 4. Contenidos académicos frente a contenidos relevantes para la vida en el cuarto curso de la ESO

CONTENIDOS ACADÉMICOS O DISCIPLINARES

2.1. Carácter relativo del movimiento. Estudio cualitativo de los movimientos rectilíneos y curvilíneos. 2.2. Estudio cuantitativo del movimiento rectilíneo y uniforme. Aceleración. 2.3. Los principios de la Dinámica como superación de la física «del sentido común». Equilibrio de fuerzas. 2.4. La presión. Principio fundamental de la estática de fluidos. 2.8. Ruptura de la barrera cielos-Tierra: la gravitación universal. 2.9. La concepción actual del universo. 3.2. Conceptos de trabajo y energía. Estudio de las formas de energía: cinética y potencial gravitatoria. Potencia. 3.3. Ley de conservación y transformación de la energía y sus implicaciones. 3.4. Interpretación de la concepción actual de la naturaleza del calor como transferencia de energía. 3.5. Las ondas: otra forma de transferencia de energía. 4.1. La estructura del átomo. El sistema periódico de los elementos químicos. 4.3. El enlace químico: enlaces iónico, covalente y metálico. 4.4. Interpretación de las propiedades de las sustancias. 4.5. Introducción a la formulación y nomenclatura de los compuestos binarios según las normas de la IUPAC.

CONTENIDOS

CONTENIDOS

RELEVANTES

RELEVANTES PARA LA



1.5.. Utilización cuidadosa 1.5 de los materiales y los instrumentos básicos de un laboratorio y respeto por las normas de seguridad en el mismo. 2.3. Identificación de fuerzas que intervienen en la vida cotidiana: formas de interacción. 2.7. Valoración e implicaciones del enfrentamiento entre dogmatismo y libertad de investigación. 2.9. Valoración de avances científicos y tecnológicos. 3.1. Valoración del papel de la energía en nuestras vidas. Naturaleza, ventajas e inconvenientes de las diversas fuentes de energía.

2.7. Importancia del telescopio de Galileo y sus aplicaciones. 2.9. Aplicaciones de los satélites. 4.7.. Los hidrocarburos 4.7 y su importancia como recursos energéticos. El problema del incremento del efecto invernadero: causas y medidas para su prevención. 5.1. Los problemas y los desafíos globales a los que se enfrenta hoy la humanidad: contaminación sin fronteras, cambio climático, agotamiento de recursos, pérdida de biodiversidad, etc.


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5.2. Contribuci Contribución ón del 4.6. Interpretación de las peculiaridades del átomo de 4.9. Valoración del papel 5.2. carbono: posibilidades de combinación con el hide la química en la desarrollo tecdrógeno y otros átomos. Las cadenas carbonadas. comprensión del orinocientífico a la 4.8. Macromoléculas: importancia en la constitución de gen y desarrollo de resolución de los los seres vivos. la vida. problemas. Impor5.4. La cultura científica tancia de la aplicacomo fuente de satisción del principio facción personal. de precaución y de la participación ciudadana en la toma de decisiones. 5.3.. Valoración de la 5.3 educación científica de la ciudadanía como requisito de sociedades democráticas sostenibles.

Un primer análisis de estas tablas indica que el peso de los contenidos académicos es mayor que el de los relevantes en todos los cursos. Así, en primer curso, 14 puntos o epígrafes frente a 11; en segundo, 15 epígrafes frente a 9; en tercero, 12 epígrafes frente a 5; y en cuarto, 16 epígrafes frente a 13. Pero un análisis en mayor profundidad, considerando los contenidos señalados en cursiva, indica que esta diferencia de peso se puede llegar a igualar o, incluso, a invertir en los primeros cursos de la ESO, pero no en tercero y cuarto, donde posiblemente los contenidos académicos tienen más claramente una orientación propedéutica y además se formalizan los conocimientos al pasar de un estudio fenomenológico a un estudio en el que ya aparecen teorías, como la cinético-corpuscular, la de gravitación y la atómico-molecular. Además, puede parecer que en estos dos últimos cursos la enjundia de los contenidos que hemos denominado relevantes sea menor por tratarse, a veces, de valoraciones, pero es posible que esto no sea totalmente cierto, ya que éstas deben encerrar argumentaciones de los alumnos. Para analizar los currículos, utilizando los otros dos criterios señalados, presencia de los procesos de la ciencia y de los contenidos sobre naturaleza de la ciencia, se ha elaborado el cuadro 5 (véase página siguiente), para todos los cursos de la ESO. En dicho cuadro se observa que los procesos de la ciencia tienen una representación digna, con una tendencia ligera hacia la disminución a medida me dida que se avanza en los cursos; mientras que qu e la naturaleza de la ciencia, es decir, el saber sobre la ciencia, está muy poco representado, como ya se ha comentado ampliamente en la literatura (Martín-Díaz, 2006b).

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Cuadro 5. Contenidos sobre procesos de la ciencia y la naturaleza de la ciencia en t odos los cursos de la ESO.

CURSO PROCESOS DE LA CIENCIA

ASPECTOS DE LA NATURALEZA DE LA CIENCIA

1.º

1.1 Familiarización con las características básicas del trabajo cien- 1.4. Reconocimiento del papel tífico, por medio de: planteamiento de problemas, discusión del conocimiento cientíde su interés, formulación de conjeturas, experimentación, etc. fico en el desarrollo tec1.2 Utilización de los medios de comunicación y las tecnolonológico y en la vida de las gías de la información para seleccionar información sobre el personas. medio natural. 2.5. El lugar l ugar de d e la Tierra en 1.3. Interpretación de datos e informaciones sobre la naturaleza y el Universo: el paso del utilización de dicha información para conocerla. geocentrismo al heliocen2.7. Reconocimiento de situaciones y realización de experiencias trismo como primera y sencillas en las que se manifiesten las propiedades generales gran revolución científica. de sólidos, líquidos y gases. 2.10. Un Universo formado por 2.9. Utilización de técnicas de separación de sustancias. los mismos elementos. 3.3. Manejo de instrumentos para medir la temperatura, la presión, la velocidad y la humedad del aire. 3.6. Estudio experimental de las propiedades del agua. 3.11. Diversidad de rocas y minerales y características que permiten identificarlos. 3.13. Observación y descripción de las rocas más frecuentes. 3.14. Utilización de claves sencillas para identificar minerales y rocas. 4.4. Utilización de claves sencillas de identificación de seres vivos. 4.6. Utilización de la lupa y el microscopio óptico para la observación y descripción de organismos unicelulares, plantas y animales.

2.º

1.1. Familiarización con las características básicas del trabajo cien- 1.4. Reconocimiento del papel tífico, por medio de: planteamiento de problemas, discusión del conocimiento cientíde su interés, formulación de conjeturas, experimentación, etc. fico en el desarrollo tec1.2. Utilización de los medios de comunicación y las TIC para senológico y en la vida de las leccionar información sobre el medio natural. personas. 1.3. Interpretación de datos e informaciones sobre la naturaleza y utilización de dicha información para conocerla. 3.2. Reconocimiento de situaciones y realización de experiencias sencillas en las que se manifiesten los efectos del calor sobre los cuerpos. 3.6. Propagación rectilínea de la luz en todas direcciones. Reconocimiento de situaciones y realización de experiencias sencillas para ponerla de manifiesto. Sombras y eclipses. 3.8. Descomposición de la luz: interpretación de los colores. 4.3. Identificación de rocas magmáticas y metamórficas y relación entre su textura y su origen. 5.5. Observación y descripción de ciclos vitales en animales y plantas. 6.4. Realización de indagaciones sencillas sobre algún ecosistema del entorno.


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3.º

1.1. Familiarización con las características básicas del trabajo cien- 1.4. Reconocimiento del papel tífico, por medio de: planteamiento de problemas, discusión del conocimiento cientíde su interés, formulación de conjeturas, experimentación, etc. fico en el desarrollo tec1.2. Utilización Utiliza ción de los medios de comunicación y las tecnologías de la nológico y en la vida de las información para seleccionar información sobre el medio natural. personas. 1.3. Interpretación de datos e informaciones sobre la naturaleza y la utilización de dicha información para conocerla. 2.3. Utilización del modelo para la interpretación y el estudio experimental de las leyes de los gases. 2.6. Procedimientos experimentales para determinar si un material es una mezcla o una sustancia. 2.7. Experiencias de separación de sustancias de una mezcla. 3.2. Fenómenos eléctricos. 4.1. Realización experimental de algunos cambios químicos.

4.º

1.1. Familiarización con las características básicas del trabajo científico, por medio de: planteamiento de problemas, discusión de su interés, formulación de conjeturas, experimentación, etc. 1.2. Utilización de los medios de comunicación y las tecnologías de la información para seleccionar información sobre el medio natural. 1.3. Interpretación de datos e informaciones sobre la naturaleza y la utilización de dicha información para conocerla. 2.2. Galileo y el estudio experimental de la caída libre. 2.4. La presión atmosférica: diseño y realización de experiencias para ponerla de manifiesto. 4.2. Clasificación de las sustancias según sus propiedades. Estudio experimental.

1.4. Reconocimiento del papel del conocimiento científico en el desarrollo tecnológico y en la vida de las personas. 2.5. La astronomía: implicaciones prácticas y su papel en las ideas sobre el Universo. 2.6. El sistema geocéntrico. Su cuestionamiento y el surgimiento del modelo heliocéntrico. 2.7. Copérnico y la primera gran revolución científica.

Contextualización de la ciencia Es importante señalar que precisamente los contenidos relevantes para la vida, ya sea personal o cívica, son los que dirigen la labor del profesor para esta contextualización, que realmente se consigue en las actividades de clase y de evaluación propuestas por el profesor. Los criterios de evaluación del currículo, que determinan el grado de aprendizaje por parte de los alumnos, también ofrecen ideas de situaciones o aspectos en que se debe trabajar la contextualización en el aula, como por ejemplo: • 1.º de ESO, criterio 4: «Relacionar propiedades de los materiales con el uso que se hace (…)». • 2.º de ESO, criterio 1: «Utilizar el concepto cualitativo de energía para explicar su papel en las transformaciones que tienen lugar en nuestro entorno y reconocer la importancia y las repercusiones para la sociedad y el medio ambiente de las diferentes fuentes de energía (…)». • 3.º de ESO, criterio 5: «Producir e interpretar fenómenos electrostáticos cotidianos, valorando las repercusiones de la electricidad en el desarrollo científico y tecnológico y en las condiciones de vida de las personas».

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Por otro lado, al final de este capítulo se ofrecen algunas actividades contextualizadas, entre las que se encuentra un tema como «El sistema periódico de los elementos químicos», que tan difícil parece pare ce de enmarcar en un contexto relevante para la vida. No sería procedente terminar esta parte sin hacer una referencia a la necesidad de que las actividades de evaluación estén contextualizadas o aborden contenidos relevantes para la vida, ya que lo que no se evalúa no es considerado importante ni por el profesor ni por los alumnos y la evaluación es el motor principal de los cambios educativos. En resumen, se podría considerar que el currículo de la ESO en el Real Decreto de enseñanzas mínimas está dirigido hacía la alfabetización científica, sobre todo en los primeros cursos, aunque adolece de algunos aspectos importantes para lograr esta alfabetización, como los contenidos sobre naturaleza de la ciencia o la reducción de algunos contenidos claramente propedéuticos. En principio, princi pio, con este currículo los profesores podrían dirigir su tarea en el aula hacia conseguir alumnos alfabetizados científicamente que puedan participar democráticamente en la sociedad con conocimiento de causa en los temas científico-tecnológicos. No obstante, también podría haber sido posible elaborar un currículo con un enfoque más claramente dirigido hacia la alfabetización científica, con un carácter más aplicado y relevante desde el punto de vista social, con un título de los bloques que hiciese referencia a problemas que tiene la sociedad actual en relación con la ciencia y la tecnología, con contenidos adecuados a ese título y con una mayor reducción de los contenidos con menor aplicación social. Pero tal vez este hecho está en consonancia con que la Ley Orgánica de Educación (LOE) es una ley de consenso entre la Ley Orgánica de Ordenación General del Sistema Educativo (LOGSE) y la Ley Orgánica de Calidad de la Educación (LOCE) (Cañas, Martín-Díaz y Nieda, 2007). Además, el problema se amplía con los contenidos añadidos por las correspondientes comunidades autónomas que, en términos generales, engrosan los contenidos más académicos. El resultado final es que ante unos currículos sobrecargados muchos profesores, agobiados por la tarea, tienden a olvidarse de las propuestas novedosas y siguen haciendo hincapié en los contenidos conceptuales, donde se sienten más seguros. Cambian los currículos, pero ¿se alfabetiza científicamente a ciudadanos del siglo XXI?

Las competencias Es obligado ahora hacer referencia a la novedad de la LOE: las competencias. Este término, de origen laboral, llega a la ley orgánica de la mano de instituciones europeas: la OCDE, que aborda el tema en el proyecto «Definición y Selección de Competencias Clave», la Unión Europea, que también se ocupa de analizar el significado de competencia, y el proyecto PISA (Programa para la Evaluación Internacional de Alumnos), que identifica las competencias que son objeto de evaluación en sus pruebas (OCDE, 2006). Estas instituciones aconsejan que para el año 2010 los currículos de los distintos países estén organizados alrededor de las competencias, con la intención


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de conformar un marco educativo común europeo. Siguiendo estas recomendaciones, la LOE, en su Real Decreto de enseñanzas mínimas de la ESO, incorpora ocho competencias básicas, que se definen en el Anexo I del citado Real Decreto. Parece obligado preguntarse ahora si esta novedad aporta algo definitivo o fundamental a la enseñanza de las ciencias, y para contestar a esta pregunta empezamos por definir lo que se entiende por competencia. Según Cañas, Martín-Díaz y Nieda (2007), «la competencia significa saber utilizar en en el lugar y momento adecuado el saber , el y el saber estar que que la persona competente debe detentar». Es decir, la nosaber hacer , el saber ser y vedad que aportan las competencias es tratar de buscar una mayor funcionalidad del aprendizaje, que ya estaba presente en la LOGSE, pero en la que ahora pretende hacerse un mayor hincapié. Centrándonos en la competencia científica, denominada competencia en el conocimiento e interacción con el mundo físico y definida en el citado Anexo I, se podría decir que una persona que ha adquirido la competencia científica es capaz de utilizar el conocimiento científico en contextos cotidianos y de aplicar los procesos que caracterizan a las ciencias y sus métodos de investigación, al mismo tiempo que es consciente del papel que ejercen la ciencia y la tecnología en la sociedad tanto en la solución de problemas como en la génesis de nuevos interrogantes y, por tanto, muestra interés por las cuestiones científicas y tecnológicas, tecnológ icas, reflexiona sobre su importancia desde una perspectiva perspectiv a personal y social y tiene disposición para comprometerse con ellas (Cañas, Martín-Díaz y Nieda, 2007). Es decir, la definición de competencia científica es coherente con la alfabetización científica. La falta de espacio espa cio no nos permite hacer un análisis más detallado de las dimensiones de la competencia científica, pero un examen de la relación entre estas dimensiones, según viene definida en el PISA y en la LOE, se puede encontrar en Cañas, Martín-Díaz y Nieda (2007). También, a través del análisis de la competencia se observa en el currículo una deficiencia de los aspectos de la naturaleza de la ciencia.

Contextualización de algunas actividades Son varias las posibilidades que proporciona el currículo de la ESO para contextualizar las actividades y mostrar la relevancia de los contenidos científicos en nuestra vida diaria o en el desarrollo de la sociedad en que vivimos. Lo importante es que el conocimiento que se transmite desde la escuela no quede aislado y restringido al trabajo en el aula, sino que el alumno tenga oportunidades de ver que es un conocimiento relevante para interpretar el mundo que le rodea y sea capaz de aplicarlo para solucionar los verdaderos problemas que proporciona nuestra realidad cotidiana, a la vez que se genera un aprendizaje más específico que le permitirá seguir aprendiendo en el futuro. Muchas veces se espera que sean los alumnos los que logren establecer esa conexión, conex ión, pero esto no es factible si los profesores no les ayudan a tender puentes entre el conocimiento académico y la realidad de nuestras vidas. A continuación se presentan algunos ejemplos que van desde lo más cotidiano hasta situaciones en las que se trabaja las relación entre el saber científico y la sociedad.

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La cocina casera La cocina es un excelente laboratorio donde se llevan a cabo muchos de los procesos que se estudian en los distintos cursos de ESO. Éstos son algunos ejemplos: • Técnicas de separación de mezclas. La cocina es un lugar en el que continuamente separamos sustancias. Usamos, entre otros instrumentos, coladores para separar garbanzos del caldo o la pulpa del zumo de frutas, y filtros para preparar el café o para separar los posos del aceite. • Cambios de estado. Se evapora el agua para concentrar un caldo o secar la ropa en el tendedero. Pero también se congela al preparar cubitos de hielo, etc. • Efectos de la presión. La olla exprés es un magnífico ejemplo para estudiar el efecto de los gases a presión y la relación entre presión y temperatura.

El problema de las disoluciones Se dedican muchos esfuerzos a que los alumnos aprendan a prendan a hacer cálculos con la concentración de disoluciones y en el mejor de los casos se consigue que sean capaces de aplicar lo aprendido a resolver problemas que reproducen, de forma simplificada, las situaciones de trabajo en un laboratorio: preparar la disolución con un reactivo o calcular qué volumen de agua hay que añadir para diluir una disolución. Sin embargo, esos mismos alumnos capaces de efectuar esos cálculos en la mayoría de las ocasiones no serán capaces de resolver un problema más fundamental en sus vidas: interpretar el prospecto de un medicamento para administrárselo a un familiar. Textos como «La dosis media diaria es de 20 mg [de medicamento] por kg de peso corporal» (…) «cada medida de 5 ml contiene 100 mg» m g» pueden llegar a ser incomprensibles para estudiantes que han estudiado las disoluciones, pero que no saben qué datos buscar para resolver la situación. La alfabetización científica se marca como objetivo que el alumno sea capaz de aplicar sus conocimientos a éste y a otros problemas cotidianos, a la vez que aprende a manejar ma nejar y hacer cálculos con disoluciones.

El sistema periódico En general se considera que el sistema periódico (SP) es una herramienta fundamental para el estudio de la química, pero con frecuencia de una química descontextualizada y alejada de la realidad social, de forma que los elementos sólo parecen tener existencia en su casilla correspondiente. Sin negar la validez del tratamiento habitual, en el que el SP se presenta como un ejemplo de síntesis de muchos conocimientos de la disciplina, dado que proporciona información sobre el comportamiento de los elementos con una economía de esfuerzo extraordinaria; es posible enriquecer el tratamiento si se orienta a los alumnos para que puedan responder a preguntas como las siguientes (Gutiérrez Julián, 2003): «¿por qué una de las etapas de la prehistoria es la “Edad de los Metales”?, ¿por qué se subdivide en “Edad del Cobre”, “Edad del Bronce” y “Edad del Hierro”? ¿Cuál es el papel del calcio en el organismo?» «¿Para qué


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se utiliza el estroncio en medicina?», «¿sabes que no sólo cotizan en Bolsa las acciones de los bancos y las grandes empresas, sino también elementos químicos de especial importancia económica y social?», «¿sabes qué elementos son y han sido la causa principal de algunas guerras?», etc. Con esta propuesta se pretende que el alumno comprenda la importancia de los elementos químicos del SP en el desarrollo de la sociedad, de manera que sean conscientes de que un determinado elemento puede ser determinante para la evolución de uno o más países; puede marcar el desarrollo tecnológico, principalmente del primer mundo, y ser la causa de sangrientas guerras y de explotación humana. Además, el estudio cronológico del descubrimiento de los elementos químicos es una ocasión privilegiada para analizar la interdependencia ciencia-tecnología, ya que se pone de manifiesto cómo la puesta a punto de nuevas tecnologías posibilita nuevos descubrimientos. Por otra parte, el recorrido por los distintos intentos de clasificación puede poner de manifiesto cómo se construye el conocimiento científico y la influencia influenc ia recíproca con la sociedad en que se produce. Parece importante también resaltar el lado humano de la ciencia, dar cuenta de cómo los intereses económicos, económi cos, personales o de los grupos de investigación influyen en la aceptación de nuevas teorías o descubrimientos. En ese sentido, resulta interesante tanto la polémica suscitada en torno al descubrimiento del hafnio como la generada con el del vanadio.


Diseño de una actividad de enseñanza-aprendizaje con contexto CTS

A partir de una una noticia noticia aparecida aparecida en los medios medios de comunicació comunicación, n, diseña diseña una actividad para traba jar en el aula atendiendo a las siguientes siguientes condiciones: • Comenzar por preguntas que permitan establecer relaciones CTS y éstas, a su vez, deben dar ocasión a que el alumno aprenda contenidos propios del currículo de Física y Química de la enseñanza secundaria obligatoria. • Tener, al menos, dos preguntas orientadas orientadas hacia contenidos CTS y dos dos preguntas orientadas hacia contenidos más específicos de Física y Química. • Indicar a qué curso va dirigida y en qué bloque o bloques del currículo se integraría. Además, debe incluir las orientaciones orient aciones didácticas didáct icas que se crean convenientes y los criterios de evaluación de la actividad en relación con los criterios generales de evaluación que aparecen en el currículo.

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Actividad 2

Currículo de la comunidad autónoma

En este capítulo se presentan unas tablas en las que se analizan los contenidos del currículo de enseñanzas mínimas para todo el Estado español, utilizando un criterio de clasificación que los agrupa en: contenidos académicos; contenidos relevantes para la vida personal; contenidos relevantes para la vida social o cívica; contenidos contenidos relacionados con los procesos de la ciencia, y contenidos relacionados con la naturaleza de la ciencia: • Dado que cada comunidad autónoma autónoma amplía estos contenidos al establecer su propio currículo, consulta el currículo de tu comunidad para un curso de la ESO. • Completa las tablas, clasificando los nuevos contenidos incorporados.

Actividad 3

Análisis de los contenidos de la Física y Química de 4.º de ESO

Te sugerimos las siguientes tareas: • Elige un bloque de contenidos del currículo de 4.º de ESO, el curso en el que la estructura de las disciplinas tiene más peso. • Razona qué contenidos son importantes para la vida diaria, diaria, como ciudadano, de un alumno que acaba 4.º de ESO y cuáles tienen un papel propedéutico. Por ejemplo, el saber calcular la cantidad de sustancia (en mol) de una determinada masa de agua no tiene ninguna incidencia para la vida del alumno, aunque sí tiene un valor propedéutico. • Indica si, en tu opinión, alguno o algunos contenidos podrían eliminarse, eliminarse, argumentando tu propuesta.

Actividad 4

Análisis de las actividades de una UD a partir de la alfabetización científica

Para esta actividad, te proponemos las siguientes tareas: • Elige un libro de texto de Física y Química para 3.º o 4.º de ESO y analiza analiza las actividades propuestas en una unidad didáctica. ¿Cuáles tienen una incidencia real para el alumno desde el punto de vista de la alfabetización científica? • Justifica tu respuesta.


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FUENTES Y RECURSOS

Generales AA.VV. (2005). Contextualizar la ciencia. Alambique, 46. Alambique que que aporta diferentes propuestas didácticas para abordar Monográfico de la revista Alambi la enseñanza de la física y la química en la ESO de forma contextualizada. Contiene un artículo de presentación del proyecto inglés «Ciencia para el siglo XXI», centrado en las explicaciones científicas de los fenómenos cotidianos y en la comprensión de la naturaleza de la ciencia. AA.VV. (2007). Enseñar y aprender investigando. Alambique, 52. Monográfico de la revista Alambique que aborda una perspectiva actual sobre la investigación escolar como opción didáctica para la enseñanza de las ciencias y como estrategia para la formación del profesorado. AA.VV. (2007). Los nuevos currículos de la ESO. Alambique, 53. Monográfico de la revista Alambique dedicado a la presentación de los lo s nuevos currículos de la ESO, con artículos sobre los currículos de Física y de Química. CAÑAS, A., MARTÍN-DÍAZ, M.J. y NIEDA, J. (2007). Competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico. La competencia científica. Madrid: Alianza Editorial. Un libro que contribuye a aclarar de manera teórica y práctica el concepto de competencia científica. En él se presentan actividades prácticas que ilustran tareas concretas para la ESO que los alumnos pueden abordar cuando son competentes científicamente. INECSE (2005). Programa PISA. Ejemplos de ítems de conocimiento científico. Madrid: MEC. www.institutodeevaluacion.mec.es/publicaciones Ejemplos de las pruebas de evaluación PISA en ciencias, que ejemplifican muy bien el tipo de actividades que pueden utilizarse para adquirir competencia científica. Qué estudiar y dónde. Educación Secundaria Obligatoria. Ministerio de Educación. www.educacion.es/educacion/que-estudiar-y-donde/educacion-secundaria-obligatoria.html Puede descargarse el Real Decreto 1631/2006, 1631/20 06, de 29 de diciembre, por el que se establecen las enseñanzas mínimas correspondientes a la Educación Secundaria Obligatoria. OSBORNE, J. (2001). Hacia una educación científica para una cultura científica. En M. Benlloch (comp.). La educación en ciencias: ideas para mejorar su práctica. Madrid: Paidós Educador. Un alegato a favor de la educación científica para la cultura científica, estructurado en tres partes: las falacias sobre las que descansan las prácticas actuales de la enseñanza de las ciencias, un análisis del carácter cambiante de nuestra sociedad y una serie de razones e ideas con las que iniciar el proceso de construcción de una visión diferente de la educación científica.

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Didáctica de la Física y la Química en la ESO Los recursos que se aportan a continuación hacen referencia a la didáctica de la Física y la Química en la ESO, complementando así los que se presentan en el volumen Didáctica de la Física y la Química (Caamaño, 2011). COURTILLOT, D. y RUFFENACH, M. (2004). Enseigner les Sciences physiques. Collège et classe de 2de. París: Bordas. Un libro que aúna didáctica y pedagogía destinado a los profesores de Física y Química de educación secundaria. Contiene una reflexión sobre las razones que hacen que un estudiante comprenda o sólo memorice, diferentes enfoques sobre la modelización, experiencias simples de carácter investigativo y la evaluación abordada desde sus diferentes dimensiones. COURTILLOT, D. y RUFFENACH, M. (2006). Enseigner les Sciences physiques. De la 3e à la Terminale. París: Bordas. Trata de Aprendizaje y evaluación; Aprendizaje constructivista; Enseñar desde una perspectiva de investigación; Concepciones y situaciones-problema. Aporta abundantes ejemplos. DRIVER, R., y otros (1994). Dando sentido a la ciencia en secundaria. Investigaciones sobre las ideas de los niños. Madrid. Aprendizaje-Visor. Proporciona los resultados de investigaciones realizadas sobre las ideas de los estudiantes que empiezan la secundaria organizadas en tres secciones: La vida y procesos vitales, Los materiales y sus propiedades, y Los procesos físicos. JIMÉNEZ-ALEIXANDRE, M.P. (coord.) (2003). Enseñar Ciencias. Barcelona: Graó. En la primera parte de este libro se abordan cinco cuestiones: El trabajo con problemas auténticos en el marco del aprendizaje situado, La construcción del conocimiento y los contenidos de ciencias, La comunicación y el lenguaje en las clases de ciencias, La resolución de problemas y Los trabajos prácticos. En la segunda parte se trata La enseñanza y el aprendizaje de la Biología, la Geología, la Física y la Química, presentando ejemplos de propuestas didácticas. KIND, V. (2004). Más allá de las apariencias. Ideas previas de los estudiantes sobre conceptos básicos de química. Madrid: Aula XXI / Santillana. Se presentan los resultados de investigaciones educativas sobre las ideas previas de los estudiantes en diferentes áreas de la química: Estados de agregación de la materia; Teoría corpuscular; Cambios de estado; Distinción entre elementos, compuestos y mezclas; Cambio físico y químico; Sistemas abiertos y cerrados: ácidos, bases ba ses y neutralización; Estequiometría: enlace químico, y Termodinámica y equilibrio químico.


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PERALES, F.J. y CAÑAL, P. (coord.) (2000). Didáctica de las ciencias experimentales. Alcoy: Marfil. Extensa obra que aborda los siguientes temas: fundamentos de didáctica de las Ciencias, el currículo de Ciencias experimentales, las ideas previas de los alumnos y la construcción del conocimiento escolar sobre ciencias, la formación del profesorado en didáctica de las Ciencias y áreas transversales y didáctica de las Ciencias. SANMARTÍ, N. (2002). Didáctica de las ciencias en la educación secundaria obligatoria. Madrid: Síntesis Educación. En este libro se reflexiona sobre posibles líneas hacia las que orientar la mejora de la enseñanza enseñanz a de las ciencias, fundamentadas tanto en la investigación didáctica como en la práctica en el aula. La obra está dividida en tres partes que responden a las preguntas: ¿qué ciencia enseñar?, ¿cómo aprenden ciencia los estudiantes? y ¿cómo enseñar ciencias?

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGUILAR, T. (1999). Alfabe Alfabetizació tizaciónn científi científica ca y educació educaciónn para la ciudad ciudadanía anía. Madrid: Narcea. AIKENHEAD, G.S. (2002). STS Education: A Rose by Any Other Name. En R. Cross (ed.). Crusader for Science Education: Celebrating and Critiquing the Vision of Peter J. Fensham. Nueva York: Routledge Press. CAAMAÑO, A. (2007). El currículo de física y química en la educación secundaria obligatoria en Inglaterra y Gales, Portugal, Francia y España, Alambique, 53, 22-37. — (2011). Didáctica de la Física y la Química. Vol. II. Barcelona: Graó. CAÑAS, A., MARTÍN-DÍAZ, M.J. y NIEDA, J. (2007). Competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico. La competencia científica. Madrid: Alianza editorial. CROSS, R.T. y PRICE, R.F. (2001). The social responsability of science and public understanding of science. International Journal of Science Education, 21 (7), 775-785. FENSHAM, P.J. y HARLEN, W. (1999). School science and public understanding of science. International Journal of Science Education, 21 (7), 755-763. GUTIÉRREZ JULIÁN, M.S. (2003). La clasificación periódica de los elementos químicos, Alambique, 38, 54-61. GUTIÉRREZ JULIÁN, M.S., GÓMEZ CRESPO, M.A. y MARTÍN-DÍAZ, M.J. (2002). ¿Es cultura la ciencia? En P. Membiela (ed.): Enseñanza de las ciencias desde la perspectiva CTS. Una aproximación a la formación científica de la ciudadanía. Madrid: Narcea. HURD, P.D. (1998). Scientific literacy: New minds for a changing c hanging world. Science Education, 407-416. JENKINS, E.W. (1999). School science science,, citizen citizenship ship and public underst understanding anding of science science.. International Journal of Science Education, 21 (7), 703-710. MARCO, B. (2000). La alfabetización científica. En J. Perales y P. Cañal (eds.): Didáctica de las ciencias experimentales. Alcoy: Marfil. MARTÍN-DÍAZ, M.J. (2004). El papel de las ciencias de la naturaleza a debate. Revista Iberoamericana de Educación (versión digital ),), 33, 2. Disponible en línea en: . — (2006a). Formación inicial, experiencia docente y pensamiento del profesorado. Enseñanza de las ciencias, Número extra, VII Congreso. — (2006b). Educational background, teaching experience and teachers’ ideas about the inclusion of nature of science into science curriculum. International Journal of Science Education, 28, (10), 1161-1180. OCDE (2006). PISA 2006. Marco de Evaluación. Conocimientos y habilidades en Ciencias, Matemáticas y Lectura. Madrid: Santillana/MEC. SHAMOS, M. (1995). The myth of scientific literacy , New Bruswick, NJ: Rutgers UP.


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Normativa legal Ley Orgánica 1/1990, de 3 de octubre, de Ordenación General del Sistema Educativo. Boletín Oficial del Estado (04/10/1990), 238, 28927-28942. También disponible en línea en: . Ley Orgánica 10/2002, de 23 de diciembre, de Calidad de la Educación. Boletín Oficial del Estado (24/12/2002), 307, 45188-45220. También disponible en línea en: . Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo, de Educación. Boletín Oficial del Estado (04/05/2006), 106, 17158-17207. También disponible en línea en: . Real Decreto 1631/2006, de 29 de diciembre, por el que se establecen las enseñanzas mínimas correspondientes a la Educación Secundaria Obligatoria. Boletín Oficial del Estado (05/01/2007), 5, 677-773. También disponible en línea en: .

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8. LA QUÍMICA EN EL BACHILLERATO: POR UNA QUÍMICA EN CONTEXTO


• Aprendizaje y enseñanza de Química en los años ochenta: el método del descubrimiento orientado y la aproximación histórica a la evolución de los conceptos • Las concepciones alternativas de los estudiantes, las dificultades conceptuales de la química y los modelos científicos escolares • El enfoque Ciencia-Tecnología-Sociedad: Ciencia-Tecnología-Sociedad: química en en contexto • La década del 2000: vaivenes iniciales, iniciales, contextos y competencias competencias • El currículo actual de Química del primer curso de bachillerato en España • El currículo actual de Química del segundo curso de bachillerato • El currículo de Química Química en Cataluña • Análisis crítico del currículo de Química Química del bachillerato • A modo de conclusión

Aureli Caamaño IES Barcelona-Congrés Universidad de Barcelona La química ha tenido un desarrollo extraordinario a lo largo del siglo XX: síntesis de nuevas sustancias, análisis químico y determinación de estructuras cada vez más complejas, descubrimiento de nuevos catalizadores, obtención de polímeros y nuevos materiales y avances en el conocimiento de cómo y por qué ocurren las reacciones químicas (Juaristi, 1999; Royal Society of Chemistry, 2000; Talanquer, 2009). Estos desarrollos no siempre se han visto acompañados de los mismos avances en el campo de la enseñanza de la Química, ni tampoco los nuevos conocimientos se han visto incorporados en el currículo de Química de secundaria con la intensidad que hubiera sido deseable.

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Los procesos de reforma de los sistemas educativos y del currículo en la enseñanza en señanza secundaria, tanto en la etapa obligatoria como en la postobligatoria (bachillerato), han modificado los objetivos del área de Ciencias de la naturaleza y de la química en particular. La finalidad de una ciencia para todos, una ciencia para la ciudadanía y de la alfabetización científica han equilibrado la importancia del aprendizaje de los contenidos disciplinares con otros objetivos como la comprensión de la naturaleza de la ciencia, el aprendizaje de procedimientos y actitudes y, más recientemente, la adquisición de competencias. Por otro lado, los resultados de la investigación en didáctica de las Ciencias y de la Química, en particular, y las experiencias de innovación curricular, han proporcionado fundamentos para comprender mejor las dificultades en el aprendizaje de Química y estrategias para abordar de una manera más eficaz la enseñanza de Química (Gabel, 1999; Caamaño, 2003, 2004; Garritz, 2010). En resumen, la enseñanza de Química en la enseñanza secundaria ha experimentado cambios importantes en las últimas décadas motivados, por un lado, por las nuevas tendencias en la enseñanza de las ciencias, fruto de los resultados de la investigación didáctica y de los proyectos de innovación; y, por otro, por los cambios curriculares y estructurales que han supuesto los procesos de reforma de los sistemas educativos (Caamaño, 1999, 2001, 2004). El objetivo de este capítulo es considerar brevemente la evolución de la enseñanza de Química en el bachillerato en las últimas décadas, y presentar y analizar el currículo actual de la Química del bachillerato en España.

Aprendizaje y enseñanza de Química en los años ochenta: el método del descubrimiento orientado y la aproximación histórica a la evolución de los conceptos Los años setenta y los inicios de los ochenta estuvieron marcados por propuestas de cambio en la enseñanza tradicional y transmisiva basadas en el modelo didáctico del descubrimiento orientado, del que el proyecto inglés «Química Nuffield» fue un ejemplo paradigmático. Se trataba de poner a los estudiantes en situación de descubrir las regularidades y las leyes de la química a partir de un trabajo experimental en grupo, guiado por el profesor y por una guía de trabajo escrita. Las nuevas concepciones sobre la naturaleza de la ciencia, en particular, la crítica a una visión inductivista de la ciencia y la perspectiva constructivista del aprendizaje convercuestiónn el método del descub descubrimiento rimiento orient orientado ado y para centrar la gieron para poner en cuestió atención en los conocimientos previos de los estudiantes estudia ntes y en las metodologías de cambio conceptual.

LA QUÍMICA EN EL BACHILLERATO: POR UNA QUÍMICA EN CONTEXTO

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La «Química Faraday» (Grup Recerca-Faraday, 1988) fue un proyecto español, desarrollad o en los años ochenta, que se inició en el marco de un modelo didáctico de descubrimiento guiado para posteriormente incorporar las propuestas constructivistas para la enseñanza de Química. Este proyecto fue un intento de presentar y secuenciar los contenidos de Química, correspondientes a cursos para alumnos de 16 y 17 años, utilizando la evolución histórica de los conceptos como hilo conductor. La utilización de la historia de la química como referente para escoger las preguntas más pertinentes acerca de los fenómenos químicos y presentar de forma evolutiva los conceptos de la química ha sido utilizada y defendida en varios trabajos.

Las concepciones alternativas de los estudiantes, las dificultades conceptuales de la química y los modelos científicos escolares A finales de los ochenta irrumpieron en el escenario de la enseñanza de las ciencias los resultados de las investigaciones llevadas a cabo durante la década anterior sobre las concepciones alternativas de los estudiantes. Este conjunto de investigaciones se realizó desde una perspectiva constructivista del aprendizaje de las ciencias y dio lugar a numerosas propuestas didácticas, que intentaban conseguir una mayor eficacia en la tarea de ayudar a los estudiantes a construir concepciones científicas correctas. Para casi todos los conceptos que se estudian en la Química de la educación secundaria, se identificaron concepciones alternativas de los estudiantes (Garnett, Garnett y Hackling, 1995). Paralelamente a la investigación sobre las concepciones alternativas, se realizaron estudios para explicar las causas de estas concepciones (Treagust, Duit y Nieswandt, 2000; Talanquer, 2006) y, de forma más general, las dificultades en el aprendizaje de los conceptos y los modelos (Taber, 2002). Las dificultades conceptuales de la química pueden clasificarse en (Caamaño, 2003): • Intrínsecas de la propia disciplina. • Relativas a las concepciones y forma de razonamiento de los estudiantes. • Atribuibles al proceso de instrucción. Posteriormente, el énfasis en la investigación se puso no tanto en la elaboración de conceptos aislados, sino en la construcción y la validación de modelos científicos escolares para dar cuenta de los hechos experimentales, y en los enfoques didácticos que mejor pudieran favorecer la construcción y la aplicación de estos modelos en diferentes contextos (Caamaño, 2007; Izquierdo, Sanmartí y Estaña, 2007). Con todo, este nuevo cuerpo de conocimiento didáctico didáctic o sobre las concepciones alternativas de los estudiantes, las dificultades conceptuales de la química y la construcción de modelos químicos escolares apropiados ha tenido una influencia mayor en el ámbito metodológico

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que en el curricular, es decir, los cambios curriculares no han acabado de reflejar estas nuevas maneras de pensar el aprendizaje y la enseñanza de Química.

El enfoque Ciencia-Tecnología-Sociedad: química en contexto A partir de 1990, los objetivos de la enseñanza de las ciencias en un contexto de CienciaTecnología-Sociedad (CTS), articulados en tres campos: el de la naturaleza de la ciencia, el de la ciencia aplicada y el de la ciencia y la sociedad, empiezan a tener influencia en las reformas de los currículos y en la elaboración de nuevos proyectos. El enfoque CTS en la enseñanza de la Química dio lugar a una serie de proyectos innovadores, que partían de las aplicaciones de la química y de temas químicos relevantes socialmente (energía, medio ambiente, agricultura, materiales, contaminación, etc.) para justificar la introducción de los conceptos necesarios para su comprensión. Este enfoque se conoce actualmente como ciencia en contexto. Son proyectos de química en contexto de esta época el «ChemCom» (Stanitski, 2000) en Estados Unidos y el «Salters Advanced Chemistry» (1994) en el Reino Unido. En España, el currículo de 1992 introduce por primera vez en las asignaturas de Ciencias del bachillerato bloques de contenidos CTS (Martín-Díaz y Bacas, 1996; Caamaño 1999). En estos bloques se hacía referencia al análisis de la naturaleza de la química y sus logros y limitaciones, a las relaciones de la química qu ímica con la tecnología y a las implicaciones implic aciones de ambas en la sociedad. Y determinados criterios de evaluación se referían a la valoración crítica del papel que la química desarrolla en la sociedad, a la importancia histórica de determinadas teorías químicas, al interés económico, biológico e industrial de los polímeros artificiales y naturales, a los procesos de la industria química qu ímica y a los efectos contaminantes contaminante s más comunes del ecosistema terrestre. La introducción de estos bloques de contenidos CTS en el currículo de Química propició la necesidad de contar con nuevos materiales curriculares con este enfoque, lo que dio lugar a la adaptación y la experimentación del proyecto «Salters Advanced Chemistry», que se realizó en el periodo que va de 1995 al 2000 (Grupo Salters, 1999; Caamaño y otros, 2001) (veáse el capítulo 3, «Unidades didácticas y proyectos de calidad en la enseñanza de la Química», del libro Física y Química. Investigación, innovación y buenas prácticas [Caamaño, 2011b]). El rasgo más característico de «Química Salters» era el de ofrecer a los estudiantes una aproximación al estudio de la química mucho más atractiva que la que ofrecían los cursos tradicionales, basada en aprender esta ciencia a partir de temas de investigación actuales y de sus aplicaciones. El proyecto «Salters Advanced Chemistry» ha sido revisado y actualizado en 2000 y 2008 (Otter y Stephenson, 2008). Otros proyectos de química en contexto se han desarrollado en otros países, como el «Chemie in Kontext» (Parchmann, 2009) en Alemania y «Química na Sociedade» (Santos y otros, 2009) en Brasil.


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La década del 2000: vaivenes iniciales, contextos y competencias En el ámbito de la didáctica de la Química, estos años se han caracterizado por conceder una importancia creciente a la modelización, a la indagación y a la argumentación como proceso para validar el conocimiento mediante pruebas. También se ha dado cada vez más importancia a la comprensión de la naturaleza de la química y de sus aplicaciones en la industria y la sociedad. En España, la modificación del currículo del bachillerato en el año 2000 implicó un retroceso del enfoque de la enseñanza de las ciencias en contexto, al enfatizarse los aspectos más disciplinares de la asignatura (Gómez-Crespo, Gutiérrez Julián y Martín-Díaz, 2003). El currículo actual, correspondiente a la nueva Ley Orgánica de Educación (2006), ha vuelto a dar importancia a los contenidos CTS y a las competencias propias del trabajo científico, así como a familiarizarse con la naturaleza de la ciencia (Gutiérrez Julián, Gómez Crespo y Martín-Díaz, 2008). En Cataluña, el actual currículo de Química de bachillerato enfatiza la adquisición de las competencias científicas (Caamaño y otros, 2008). El desarrollo y el logro de estas competencias implican la percepción de la utilidad de los contenidos por parte del que aprende, así como la capacidad de transferirlos y aplicarlos a diferentes contextos y situaciones relevantes. Presentaremos a continuación el currículo actual de Química en España en los dos cursos de bachillerato, para posteriormente realizar un análisis crítico de su fundamentación y coherencia. Conviene recordar que química en el bachillerato se estudia en la asignatura de Física y Química de primer curso, de cuatro horas semanales (de las cuales, dos corresponden a química), y en la asignatura de Químíca de segundo de bachillerato (de cuatro horas semanales).

El currículo actual de Química del primer curso de bachillerato en España El Real Decreto 1467/2007 del Ministerio de Educación y Ciencia, de 2 de noviembre, por el que se establece la estructura del bachillerato y se fijan sus enseñanzas mínimas, describe del siguiente modo la asignatura de Física y Química del primer curso de bachillerato: La materia de Física y Química ha de continuar facilitando la impregnación en la cultura científica, iniciada en la etapa anterior, para lograr una mayor familiarización con la naturaleza de la actividad científica y tecnológica y la apropiación de las competencias que dicha actividad conlleva. Al mismo tiempo, esta materia, de la modalidad de Ciencias y Tecnología, ha de seguir s eguir contribuyendo a aumentar el interés de los estudiantes hacia las ciencias físico-químicas, poniendo énfasis en una visión de las mismas que permita comprender su dimensión social y, en particular, el papel jugado en las condiciones de vida y en las concepciones de los seres humanos. Por otra parte, la materia ha de contribuir a la formación del alumnado para su participación como ciudadanos y ciudadanas –y, en su caso, como miembros de la comunidad científica– en la necesaria toma de decisiones en torno a los graves proble-

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mas con los que se enfrenta hoy la humanidad. Es por ello por lo que el desarrollo de la materia debe prestarr atención presta atención igualm igualmente ente a las relacion relaciones es entre entre ciencia, ciencia, tecnol tecnología, ogía, socied sociedad ad y ambie ambiente nte (CTSA), (CTSA), y contribuir, en particular, a que los alumnos y las alumnas conozcan aquellos problemas, sus causas y medidas necesarias –en los ámbitos tecnocientífico, educativo y político–, para hacerles frente y avanzar hacia un futuro sostenible.

En el texto que sigue se muestran los objetivos de Física y Química del primer curso de bachillerato. Objetivos de Física y Química en el primer curso de bachillerato 1. Conocer los conceptos, las leyes, las teorías y los modelos más importantes y generales de la física y la química, así como las estrategias empleadas en su construcción, con el fin de tener una visión global del desarrollo de estas ramas de la ciencia y de su papel social, de obtener una formación científica básica y de generar interés para poder desarrollar estudios posteriores más específicos. 2. Comprender vivencialmente la importancia de la física y la química para abordar numerosas situaciones cotidianas, así como para participar, como ciudadanos y ciudadanas y, en su caso, futuros científicos y científicas, en la necesaria toma de decisiones fundamentadas en torno a problemas locales y globales a los que se enfrenta la humanidad y contribuir a construir un futuro sostenible, participando en la conservación, la protección y la mejora del medio natural y social. 3. Utilizar, con autonomía creciente, estrategias de investigación propias de las ciencias (planteamiento de problemas, formulación de hipótesis fundamentadas; búsqueda de información; elaboración d e estrategias de resolución y de diseños experimentales; realización de experimentos en condiciones controladas y reproducibles, análisis de resultados, etc.) relacionando los conocimientos aprendidos con otros ya conocidos y considerando su contribución a la construcción de cuerpos coherentes de conocimientos y a su progresiva interconexión. 4. Familiarizarse con la terminología científica para poder emplearla de manera habitual al expresarse en el ámbito científico, así como para poder explicar expresiones científicas del lenguaje cotidiano y relacionar la experiencia diaria con la científica. 5. Utilizar de manera habitual las tecnologías de la información y la comunicación, para realizar simulaciones, tratar datos y extraer y utilizar información de diferentes fuentes, evaluar su contenido y adoptar decisiones. 6. Familiarizarse con el diseño y la realización de experimentos físicos y químicos, utilizando la tecnología adecuada para un funcionamiento correcto, con una atención particular a las normas de seguridad de las instalaciones. 7. Reconocer el carácter tentativo y creativo del trabajo científico, como actividad en permanente proceso de construcción, analizando y comparando hipótesis y teorías contrapuestas a fin de desarrollar un pensamiento crítico, así como valorar las aportaciones de los grandes debates científicos al desarrollo del pensamiento humano. 8. Apreciar la dimensión cultural de la física y la química para la formación integral de las personas, así como saber valorar sus repercusiones en la sociedad y en el medio ambiente, contribuyendo a la toma de decisiones que propicien el impulso de desarrollos científicos, sujetos a los límites de la biosfera, que respondan a necesidades humanas y contribuyan a hacer frente a los graves problemas que hipotecan su futuro.


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En la segunda parte de la asignatura de primer curso, dedicada a la química, los contenidos se estructuran alrededor de dos grandes ejes. El primero profundiza en la teoría atómico de la materia partiendo de conocimientos abordados en la etapa anterior, así molecular de como en la estructura del átomo, que permite explicar la semejanza entre las distintas familias de elementos, los enlaces y las transformaciones transformacion es químicas. El segundo eje profundiza en el estudio de la química del carbono, iniciado en el curso anterior, y permite que el alumnado comprenda la importancia de las primeras síntesis de sustancias orgánicas y lo que supuso la superación del vitalismo –que negaba la posibilidad de dicha síntesis–, contribuyendo a la construcción de una imagen unitaria de la materia e impulsando la síntesis de nuevos materiales de gran importancia por sus aplicaciones. Este estudio de las sustancias orgánicas dedica una atención particular a la problemática del uso de los combustibles fósiles y la necesidad de soluciones para avanzar ha cia un futuro sostenible. En el texto siguiente se muestran los contenidos de Química en el primer curso de bachillerato. Los contenidos CTS se encuentran indicados en cursiva. Contenidos de la materia Química de primero de bachillerato 1. Teoría atómica molecular de la materia. • Revisión y profundización de la Teoría atómica atómica de Dalton. Interpretación de las leyes básicas asociadas a su establecimiento. • Masas atómicas y moleculares. Una Una magnitud fundamental: la cantidad cantidad de sustancia y su unidad, el mol. mol. • Determinación de fórmulas empíricas y moleculares. • Preparación de disoluciones de concentración determinada: uso de la concentración en cantidad de sustancia. 2. El átomo y sus enlaces. • Primeros modelos atómicos: Thomson y Rutherford. Distribución electrónica en niveles energéticos. • Abundancia e importancia de los elementos en la naturaleza. Sistema periódico, justificación y aportaciones al desarrollo de la química. • Enlaces iónico, covalente, metálico e intermoleculares. 3. Cambios en las reacciones químicas. • Importancia del estudio de las transformaciones químicas y sus implicaciones. implicaciones. • Interpretación microscópica de las reacciones reacciones químicas. Introducción del concepto de velocidad de reacción. Factores de los que depende la velocidad de reacción: contrastación experimental. • Estequiometría de las reacciones. Reactivo limitante y rendimiento de una reacción. • Química e industria: materias primas y productos de consumo. Implicaciones de la química industrial. industrial. Valoración de algunas reacciones químicas que tienen un mayor interés en nuestra sociedad. El papel de la química en un futuro sostenible. 4. Introducción a la química orgánica. Importancia y repercusiones de las • Orígenes de la química orgánica: superación de la barrera del vitalismo. Importancia síntesis orgánicas. • Posibilidades de combinación combinación del átomo de carbono. Introducción a la formulación formulación de los compuestos de carbono.

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• Los hidrocarburos, aplicaciones, propiedades propiedades y reacciones reacciones químicas. Fuentes naturales naturales de hidrocarburos. hidrocarburos. El petróleo y sus aplicaciones. Repercusiones socioeconómicas, socioeconómicas, éticas y medioambientale medioambientaless asociadas al uso de combustibles fósiles. El desarrollo de compuestos orgánicos de síntesis: de la revolución de los nuevos materiales a los contaminante contaminantess orgánicos permanentes. Ventajas e impacto sobre la sostenibilidad.

El texto siguiente muestra de forma resumida los criterios de evaluación correspondientes a los contenidos de Química del primer curso. En su formulación completa contienen explicaciones que permiten introducir las relaciones ciencia-tecnología-sociedad-ambiente y sugerir tratamientos que pueden despertar el interés de los alumnos. Criterios de evaluación de la Química de primer curso 1. Interpretar las leyes ponderales y las relaciones volumétricas de Gay-Lussac, saber el significado del concepto de cantidad de sustancia y su medida y determinar fórmulas empíricas y moleculares. 2. Justificar la existencia y la evolución de los modelos atómicos, valorand o el carácter tentativo y abierto del trabajo científico, y conocer el tipo de enlace que mantiene unidas las partículas constituyentes de las sustancias y que permite explicar sus propiedades. 3. Reconocer la importancia del estudio de las transformaciones químicas y sus repercusiones, interpretar microscópicamente una reacción química, emitir hipótesis sobre los factores de los que depende la velocidad de una reacción contrastándolas y realizar cálculos estequiométricos en ejemplos de interés práctico. 4. Conocer las propiedades físicas y químicas de los hidrocarburos, así como su importancia social y económica, y saber formularlos y nombrarlos aplicando las reglas de la IUPAC.

El currículo actual de Química del segundo curso de bachillerato El mismo decreto citado (Real Decreto 1467/2007), en la descripción de los contenidos mínimos de currículo de Química del segundo curso de bachillerato, expresa lo siguiente en relación con la familiarización con las estrategias de la actividad científica: La enseñanza de la Química requiere la familiarización de los alumnos y las alumnas con las estrategias básicas de la actividad científica, que deberán ser tenidas en cuenta en los diferentes bloques de contenidos, tales como: planteamiento de problemas y toma de decisiones acerca del interés y la conveniencia de su estudio; formulación de hipótesis; búsqueda de información; elaboración de estrategias de resolución y de diseños experimentales; análisis de los resultados y comunicación de los mismos; consideración de las perspectivas abiertas, tanto teóricas como prácticas, y consideración co nsideración de las posibles repercusiones. re percusiones.

A continuación, en el texto se muestran los contenidos conceptuales y CTS de esta asignatura. Se indican en cursiva los contenidos CTS.


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Contenidos de Química de segundo de bachillerato 1. Estructura atómica y clasificación periódica de los elementos. • Del átomo de Bohr al modelo modelo cuántico. cuántico. • Estructura electrónica y periodicidad. Tendencias periódicas en las propiedades de los elementos. 2. El enlace químico y propiedades de las sustancias. • Enlaces covalentes. Geometría Geometría y polaridad de moléculas sencillas. • Enlaces entre moléculas. moléculas. Propiedades Propiedades de las sustancias moleculares. • El enlace iónico. Estructura y propiedades de los compuestos iónicos. • Estudio cualitativo cualitativo del enlace metálico. Propiedades de los metales. 3. Transformaciones energéticas en las reacciones químicas. Espontaneidad de las reacciones químicas. • Energía y reacción química. Procesos endo y exotérmicos. Concepto de entalpía. Determinación de un calor de reacción. Entalpía de enlace e interpretación de la entalpía de reacción. • Aplicaciones energéticas de de las reacciones químicas: químicas: los combustibles químicos. químicos. • Valor energético de los alimentos: alimentos: implicaciones implicaciones para la salud y el medio ambiente. • Condiciones que determinan el sentido de evolución de un proceso químico. Conceptos de entropía y de energía libre. 4. El equilibrio químico. • Característica Característicass macroscópicas del equilibrio químico. Interpretació Interpretaciónn submicroscópica del estado de equilibrio de un sistema químico. La constante de equilibrio. Factores que afectan a las condiciones del equilibrio. Aplicaciones analíticas de las • Las reacciones de precipitación como ejemplos de equilibrios heterogéneos. Aplicaciones reacciones de precipitación. • Aplicaciones del equilibrio químico químico a la vida cotidiana cotidiana y a procesos industriales. 5. Ácidos y bases. • Revisión de la interpretación del carácter ácido-base de una sustancia. Las reacciones de transferencia de protones. Ácidos y bases fuertes y débiles. • Cálculo y medida del pH en disoluciones acuosas de ácidos y bases.Importancia del pH en la vida cotidiana. • Volumetrías ácido-base. • Las disoluciones acuosas de sales como casos particulares de equilibrios ácido-base. • Algunos ácidos y bases bases de interés industrial y en la vida cotidiana. El problema de la lluvia ácida ácida y sus consecuencias. 6. Introducción a la electroquímica. • Reacciones de oxidación-reducción. Especies oxidantes y reductoras. Número Número de oxidación. • Concepto de potencial estándar de oxidación de un par redox. Escala de oxidantes y reductores. Aplicacion aciones es y reperc repercusiones usiones de las las reaccione reaccioness de oxidac oxidación ión reducci reducción: ón: pilas pilas y baterías baterías eléctr eléctricas. icas. • Valoraciones redox. Aplic • La electrólisis: Importancia industrial industrial y económica. económica. La corrosión de metales y su prevención. Residuos y reciclaje. reciclaje. 7. Estudio de algunas funciones orgánicas. • Revisión de la nomenclatura y formulación de las principales funciones orgánicas. • Alcoholes y ácidos orgánicos: obtención, propiedades e importancia. • Los ésteres: obtención y estudio de algunos ésteres de interés. • Polímeros y reacciones reacciones de polimerización. polimerización. Problemas medioambientales. medioambientales. Importancia Importancia y repercusiones repercusiones de la industria química orgánica. La síntesis de medicamentos.

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En el siguiente texto se relacionan de forma resumida los criterios de evaluación. Criterios de evaluación de Química de segundo de bachillerato 1. Aplicar el modelo mecánico-cuántico del átomo para explicar las variaciones periódicas de algunas de sus propiedades. 2. Utilizar el modelo de enlace para comprender tanto la formación de moléculas como de cristales y estructuras macroscópicas y utilizarlo para deducir algunas de las propiedades de diferentes tipos de sustancias. 3. Conocer el significado de la entalpía ental pía de un sistema y determinar la variación de entalpía de una reacción q uímica, valorar sus implicaciones y predecir, de forma cualitativa, la posibilidad de que un proceso químico tenga o no lugar en determinadas condiciones. 4. Aplicar el concepto de equilibrio químico para predecir la evolución de un sistema y saber resolver problemas de equilibrios homogéneos, en particular en reacciones gaseosas, y de equilibrios heterogéneos, con especial atención a los de disolución-precipitación. 5. Aplicar la teoría de Brönsted para reconocer las sustancias que pueden actuar como ácidos o bases, saber determinar el pH de sus disoluciones y explicar las reacciones ácido-base y la importancia de alguna de ellas, así como sus aplicaciones prácticas. 6. Ajustar reacciones de oxidación-reducción y aplicarlas a problemas estequiométricos. Saber el significado de potencial estándar de oxidación de un par redox; predecir, de forma cualitativa, el posible proceso entre dos pares redox, y conocer algunas de sus aplicaciones como la prevención de la corrosión, la fabricación de pilas y la electrólisis. 7. Describir las características principales de d e alcoholes, ácidos y ésteres y escribir y nombrar correctamente las fórmulas desarrolladas de compuestos orgánicos sencillos. industrial, así como el papel 8. Describir la estructura general de los polímeros y valorar su interés económico, biológico e industrial, de la industria química orgánica y sus repercusiones.

El currículo de Química en Cataluña En la comunidad autónoma de Cataluña, Catalu ña, la Química se estudia como materia separada de la Física tanto en primero como en segundo curso, con una asignación horaria de cuatro horas semanales en ambos cursos. La separación de las materias en ambos cursos data de 1992, pero el incremento de carga lectiva, que implica cuatro horas por curso, se ha producido en el curso 2008-2009, para todas las asignaturas de modalidad. El currículo de Química de primero y segundo curso de bachillerato en Cataluña ha optado por una estructura que, sin dejar de ser también básicamente conceptual, explicita de forma más clara los trabajos prácticos experimentales que deben realizarse y los contenidos CTS que deben abordarse, a través de los cuales se propone contextualizar los contenidos conceptuales. conceptuale s. Por otra parte, los criterios de evaluación buscan resaltar la importancia de las actividades, las cuales pretenden hacer razonar y argumentar argumen tar en química, buscar relaciones, modelizar, justifi-


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car los modelos en relación con la evidencia experimental y comprender y resolver problemas ayudándose de un amplio uso de los diagramas, los modelos y las representaciones gráficas y simbólicas de la química. Existe un primer bloque de contenidos transversal a a todas las asignaturas de Ciencias, que es el siguiente: • Utilización de estrategias básicas de la actividad científica tales como: - El planteamiento planteamiento de problemas problemas y la toma de decisiones decisiones acerca del interés interés y la conveniencia o no de su estudio. - La formulac formulación ión de hipóte hipótesis sis.. - La elaboración elaboración de estrategias estrategias de resolución resolución y de diseños experimentales. experimentales. - El análisis análisis de los resulta resultados dos y de su fiabilid fiabilidad. ad. • Búsqueda, selección y comunicación de información y de resultados utilizando la terminología adecuada. El texto que sigue resume los bloques de contenidos de Química de primero y segundo curso. Bloques de contenidos del currículo de Química de primero y segundo curso de bachillerato en Cataluña Primer curso

1. Los orígenes de la teoría atómico-molecular de la materia. 2. Gases, líquidos y soluciones. 3. Un modelo para los átomos. 4. El enlace entre átomos y entre moléculas. 5. El mundo de la química orgánica. 6. Reacciones químicas. Segundo curso

1. Átomos, moléculas y radiación. 2. Cambios de energía en las reacciones químicas. 3. Equilibrio de fases y equilibrio químico. 4. Equilibrios químicos iónicos. 5. Espontaneidad y velocidad de las reacciones químicas. 6. Pilas y células electrolíticas.

Los cuadros 1 y 2 (véanse pp. 160-163) muestran el contexto, los conceptos y los modelos, algunas de las actividades y los trabajos prácticos experimentales, así como ciertos criterios de evaluación, a título de ejemplo, que se proponen en los dos cursos de Química del bachillerato.

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a ñ u l a t a C n e o t a r e l l i h c a b e d o s r u c r e m i r p l e d a c i m í u Q e d n ó i c a u l a v e e d s o i r e t i r c y s e d a d i v i t c a , s o t p e c n o c , s o t x e t n o C . 1 o r d a u C


- - y - s - í a e e n n r o á r o e r r o o ó n o c r i l i o s i c e b i e d i c r u m o n r o p l e c c g q a o p o n o ó m s t u a t s c i m m e a m e x l a m e í s r g e u o i ó l o d n u e v t o o a s s h s c d a s a i ó q d u o . p A a c i a l s s n i c a i i n a m c i x c i t e n s . t e c s S e e l o a e m r e n o é r s n c u m ó n m i O ó c d r e r s a n á I e n m e l i t a i o c ó r e e i r i o f R d o f , c e b d i g c r u t p e t y s i E o s l a a r s o e f c v n e e T s a z s d d a o o p l t I i s n c n l i e r l t m i a e m l e n o o v o R s ó e e a e l s p d ó C N l m a e t a p l a a d s i e i e n a l r e a a r n d l r d c u . l E Ó a d l i I r i e . r . o i g c d s y i a n D C a h e r a y d n o a t m a e ó r u s v r a t s a i r o a t l S A t d i t s r i l e a m o e t a l a d e c a t l n u e c n r r r p c O U n , e p a c a a a y i a c p m e , s s a L L p e n fi e a ñ r d t i l i r e e r e s s a r r r i o ó t P A r s d l n t a o i e e e o e o i c a l m t s a p u n s e c e t i M V s u a l s e r i E t l c a i í a í q e u a E n n a I s p f m U c t v D m l l c J d l m J E I t m m E D • • • • • . - l a l a o . e é e a n r n e n e s a s s a d d d d ó ó ó r i e i i i a a l t t c e a Y m e c e c n c s a e t fi g p t m n l r m a a í u d ó a . S S i t i . l n m r g o m a e e l E E s n i o e i L a e a a r t t s n r p D A l n s e l u á i p m v e m u A T m t e l d ó u n e i r t i s e a n o e e o n e d o D r n c t e I N d t e . l e á a e e a d a v a a l V E n d c i r e s n I d p s a t i v u u M n a l a d c i T I x m . n i s o d a n c e n C R ó v e e í e l u s ó t t n i e v u o l i a e n d c r n ó s e A E i t d a i l e t n o a m e t n n c l a n c e i e d p E P ó v g c i a e n a r ó s ó o c n i e m c r D X a n c o n E i i n r i n l u ó r a s c c . c p t u e a a i ó ó u i l l s S S a a c d e e a v e e r s i g c n m u a a c i c O O m r a d s r c t d r s s a L J r i a a n a p e a s l a i g o e n a e r e z P A e l o o m l u m p u s e l i t e t i a o e n r r t d r o i e t v M B e ó e b v e r e e a n e n t s o E n l a u o I t D m d P d m O d v I d i J A R D a E A t E T • • • • • • • . . n , - - a a n s n ó l n r e s é e e S l e ó o i u r n i e e t i O s s s . a c e l i c L c a e r s e . d r r u m E a t u n . s o p a c . i u o r í D c n r l o r t o p y e t r r h o e l s O a a n a p . t o l a y e l T t o p m s s c o M e c u t , . a n o t e a e e ó e l T c s a m n y v s c v i Y o i d e e . e u a y s c l t a t r e s l g S m s s I n s m a o s s . i a d r s e l O r e a r a o g o s a e i t T m c o u n c h e l s l l o a . ó s i - r u i P r n e o p c o p í e g r i u r o t E e c B x d m l s p y . p e a s s c n C m i s l e d e e ó s o x y n e N r t o u n e l m a o d c P e c m d m a d e ó i O ó n e d a i i a r e ó e . i c C e l o d d t c y a . d s s o c c a i a a l , a n l r e . d d o s a l o f l o c s i l r n u . l t i S a u e d u a e a u b s u a d s i e e e i i t m í n l i b i O t t r r r a e p d h m u c d u o m c a n m e n t H t r r l i r o o y r f p s e o o s g q i u i C a a i i c r u v e e ó o í o o a E T D m r t g C F F L i t L D F S p P M R E d c H • • • • • • • • • • • • • , - a , - s s s r i n l a n o l e e e h l i e e y , s y n n . i M d s l e e e s o o , a r v y o s y a s h i t e a c o s s r f o t . L o n . e s o o d e n s i h r ó a c a e e a m z í s i e d d m n m r g i r a i r m t o n e t i ó i o s g c r a . a l l n e e d l e o a o a e p t a s e i n o s l n v l o y b e S x a o A a m d s d i e s n i n O c c , , e a a n T o a s s l n i a c é ó n v 2 X t e i e c i s e m a t i r o E r O c e t é d o m e n T o l e í t o l C n t f a i ó N p a e u s l l s u i o O D p m E l F s p A D d q C • • • •

E S D O S D E I U N E Q T O N L O B C

o e c a d i l s m e d e ó r n t a a e l a u a g í í r r c i r o o e e l e s t o t a o a L l m m . 1

s o d i s u e q n o í l i , c s u e l s o a s G y . 2

a r a p o s l e o d m o o t m á n s o U l . 3


, s s - s x e é e o a a a o u c d d l l o t c l n c a i i d e i s s o c m e é m m e m u m r í r i r í n v á l . t d o u y u s a o e a r f a q r e c q t n e u d c s n a s d g s s e ó e i u a i u n c l o o s a p m s s e s . o l a o e i u s t a n o i c e a d d r l a n . c c e l p o p c i o n i p o a t a a t a c c á z a t b c r i é z i e s s y l e e p d r e r s o e r r i a a l s l o a s e i p a r t m u a c s r o , z l a s r a r e r i d l o c l e r c l u e a a r s fi a i r l i t s i m t n í a a e m a e a l t d r l e b i o e b b i i o n o r - r n v i r a r d c p s u c p e o c r c a s n a a . s c e e i d e d l l i l e s s t c b e s e e ó u s i a a o a n R l c r D l y I á s e d D c • • • • l - o s a e i a a a o t l o t n l c c a . d a n u d t n m e u a i e s d v x c l a t p é a o s o l u m u s o o i c . r n d . o i r r m u a s a a r e n p u e p s í e m s f p u n e s a m s o l r a e t a a x l e d . e á r e e e u n b f g d o s a e y d n i s d a o n d o b d e d n s s ó c n n t u a e i i n a u e o c d t ó y t ó o i ó i á m i m d i a t n d c s c e o c i a a m a d c i n n e o i r c a á r z c s c á i i a e n g c o fi l i m a c e f i t r i n e n n t a e s d r v t a p d e ó d á i i i l n i n e t s t o g e c i a c v e e e i a t r s o e d a d n d D d c c a M o r I I r • • • • . - s r s - - . y e s n a a e o ó o o e l s t r s c E ó o a i o z s c n . i r p d s s c o c e . e p i b . y n o e a c - a i s o l u c ó s l e r . e o á a s t F i n u o a o r c r l . e l d a c c n o o o m e i u l b u e a d u i e c t r c y R l d á c c r e d c á l i t r o a i . s s s d . i á u e t e a F v l á m r e a n x o l í u C o c t o t r l i e a . d m ó e n r , s o e . n n i . c i n l e , m s . e u s a e . y e ó c d t e i o i c e a l g t a p b a i t e e r s d i s n h c e t s c c ó r c i i r u o a a n c a r u l c s n o . t r c l p o m s e l r n í r e r i l i a d i o a A l l i t á t e u u o e s c e s u c n o a n u f t h n m g e c q e c i R e r m e e ó v E e i l . r e d i s . d p ú o . l e s l e y t o d e a o n s n r a í c o o d o o s e u r r i é v l s ó d ó o e s l i s e N . i c e i e e m t p u e s i a c m t e a l a d x c n m c d s n c t r e a c b d o o d a a t a c m m e e l o o l l ó a g s u i e n l o e i n i t n c u e o e e e d d a o u s í n E E e i M i l v C r t I S R p E q R M d R n e r • • • • • • • • • , . l . s e s o s a s e l c o e o d o l n . a d r u . i c . i a l d a s e d s n o m c y o t a r i ó m u s é i ó m o o r n t í á g i e a l c r l a ó n n r o p i g m a . b e l a a o n c p s n e o y , i a o . . o a a s i s d d s s i l c b . l t t o e o s o g l m u a l i o o g l n n s l n a s e a b i e ó c a e t u d e a u c o d d a i i s . e l t l e t i c n t u m c c r e e d s o é n o a m n o a l a a c d d d q a e r n n e í : t z i i s a ó ó e j . s a l t n i o o r i r m i . c e N s r a m c o o l z e i o d m p a c e í á d e c o a . e o u a s i c a t c e m o p g r o l a o r n i c u a i r i a e t r c m c u e q a c d t d i i a i t m t i r i s m l r s v é l b d r a e a d u b o o a r p r e e a a n l i o a M v C C d F Í p M d M A C t L M l O b • • • • • • • • • • • - s y í f l o r s e a e d u t d a y c r d s u e a t s i i p c e o u r n s t p a s n . s u e a s o l c c s a l r l a a s n e e n e l a o d i e i r c s e d a a t o l e c a i p R i s m t • . l s r i - s e i a e d t e r r t e d t a n n a r p p a e e x r u t a e d m e e i f c i i r s n p e d u r a ó o i t s c i r p e e n c p x d a e a a n s t i l d u n a e s u s m ó d s r i i d r e n s e a t d c l a e . ó e i t d l i o s g c n p o a t c e a t s i d a i d r e l e l n u e e v f e í r i e q n d P d d m I l • •

e e r r t t n n e e s a e y l c s u a o c l é n m l e o o l t E á m . 4

a c i a n l e á d g r o o d a c n i u m í m l u E q . 5

s e n s o a i c c i c m a í e u R q . 6

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Análisis crítico del currículo de Química del bachillerato El aspecto más característico de los contenidos de Química del bachillerato del decreto de mínimos es que su estructura es básicamente conceptual. También se observa que hay una gran cantidad de contenidos, por lo que difícilmente podrán alcanzarse los objetivos relativos a las dimensiones cultural y práctica de la química, a no ser que el desarrollo curricular posterior en cada comunidad autónoma haga especial énfasis en esos aspectos. En el currículo de Cataluña, los contextos que deben ser tratados están algo más detallados y los trabajos prácticos experimentales que deben realizarse se encuentran expuestos de una forma más explícita; con todo, este currículo de Química continúa teniendo una estructuración fundamentalmente conceptual, que deja demasiado abierto el posible enfoque en contexto que podría darse a la asignatura en los libros de texto y en la práctica en el aula. La pregunta que nos hacemos es si será posible la elaboración de diseños curriculares de Química más claramente comprometidos con un enfoque en contexto. Además de la «Química Salters» en el Reino Unido, a la que ya nos hemos referido, el currículo portugués de Química para el bachillerato del año 2003 constituye otro ejemplo geográficamente próximo de diseño curricular basado en el contexto, con una especificación clara del trabajo práctico de laboratorio (Costa y otros, 2003). Quizá sean ejemplos sobre los que habremos de volver en futuras revisiones del currículo de Química en nuestro país.

A modo de conclusión El currículo es siempre un instrumento condicionante de los temas, los conceptos, los procesos, las actitudes y los valores que hay que desarrollar, que goza de una gran visibilidad pero por sí solo no resuelve el problema de la calidad de las prácticas en el aula, las cuales dependen sobre todo de la formación de los profesores. A lo largo de este capítulo hemos analizado brevemente las tendencias y los cambios curriculares que han tenido lugar en Química del bachillerato en las últimas décadas, en relació n con otros países, y hemos presentado y analizado con c on mayor profundidad el currículo actual de Química del bachillerato en España. La conclusión fundamental es que se ha hecho un esfuerzo por incorporar nuevos contenidos CTS y actividades prácticas, pero todavía estamos lejos de un currículo claramente contextualizado en su forma de presentación y de implementación en el aula. Coincidimos con Gutiérrez Julián, Juliá n, Gómez Crespo y Martín-Díaz (2008) en la necesidad de buscar un equilibrio adecuado entre los diferentes tipos de contenido e incidir sobre las pruebas de acceso a la universidad (PAU), para que éstas recojan los cambios que se han producido en el nuevo currículo.


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También queda mucho camino por recorrer para conseguir que el trabajo experimental se integre en la elaboración de los modelos químicos escolares y tenga un carácter preminentemente indagatorio. En el capítulo «Unidades didácticas y proyectos de calidad en la enseñanza de la Química» del tercer volumen Física y Química. Investigación, innovación y buenas prácticas (Caamaño, 2011b) pueden encontrarse descritos algunos proyectos que optan por un enfoque contextualizado de la química y dan una gran importancia al trabajo práctico.

ACTIVIDADES 1. En este capítulo se presentan los contenidos del currículo de Química del bachillerato de en-

señanzas mínimas (textos de las páginas 155-156 y 157) para todo el Estado español. Dado que cada comunidad autónoma amplía estos contenidos al establecer su propio currículo: • Consulta el currículo de tu comunidad para Química del bachillerato. • Especifica cuáles son son los contenidos contenidos ampliados. • Compara estos contenidos con los del currículo currículo en Cataluña (cuadros 1 y 2, pp. 160-163). 2. Elige un libro de texto de Química de 1.º de bachillerato o de 2.º de bachillerato:

• Analiza las actividades propuestas en una unidad unidad didáctica. • Clasifica las actividades según permitan trabajar en clase los contenidos conceptuales, los procedimientos, la naturaleza de la ciencia y los contenidos CTS. 3. A partir de algunos de los contextos que aparecen los cuadros 1 y 2, diseña una actividad de

enseñanza-aprendizaje con contexto CTS, atendiendo a las siguientes condiciones: • Debe comenzar por preguntas que permitan establecer relaciones CTS y éstas, a su vez, deben dar ocasión a que el alumno aprenda contenidos propios del currículo de Química del bachillerato. • Debe tener, al menos, dos preguntas orientadas hacia contenidos CTS y dos preguntas orientadas hacia contenidos más específicos de química.

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FUENTES Y RECURSOS Los recursos que se aportan a continuación hacen referencia al currículo de Química y también a la didáctica de la Química, complementando así los que se dan en el volumen Didáctica de la Física y la Química (Caamaño, 2011a).

Libros y artículos BARKE, H.-D., AL HAZARI y YITBAREK, S. (2009). Misconceptions in Chemistry. Adressing perceptions in Chemical Education. Berlín: Springer. Durante las últimas décadas, la investigación didáctica ha descubierto que los estudiantes desarrollan sus propia comprensión de cómo funcionan los fenómenos físicos y químicos. De este modo llegan a las clases, por ejemplo, con preconcepciones relativas a la combustión, los gases o la conservación de la masa. El profesorado profe sorado ha de saber diagnosticarlas y reflexionar sobre ellas para mejorar la enseñanza. Además, hay concepciones alternativas que se generan durante el proceso de aprendizaje escolar, tales como las relativas al equilibrio, las reacciones ácido-base y las reacciones redox. Esta monografía aporta experimentos y modelos estructurales que pueden permitir prevenir o corregir estas concepciones alternativas. CAAMAÑO, A. (2003). La enseñanza y aprendizaje de la química. En M.P. Jiménez-Aleixandre (coord.), Enseñar Ciencias. Barcelona: Graó. En este capítulo sobre la enseñanza y el aprendizaje de la Química puede encontrars encontrarsee una descripción de las cuestiones y los contenidos clave de la química, de las principales dificultades de aprendizaje que esta disciplina comporta y de los criterios que son útiles para secuenciar los contenidos en Química. Al final se presenta un ejemplo de secuencia para el aprendizaje del tema de los ácidos y las bases, basada en la evolución histórica del conocimiento sobre ellos, desde las definiciones de tipo experimental hasta las teorias de Arrhenius y de Brönsted y Lowry. GARRITZ, A. (2010). La enseñanza de la química para la sociedad del siglo XXI, caracterizada por la incertidumbre. Educación Química, 21, 1, 2-15. Sociedad, ciencia y teconología están modernizándose rápidamente, y por esta razón la educación debe también renovarse. El autor se preguna si los estudiantes están afrontando todos estos cambios en sus clases de Química. Se centra en diez temas que considera constituirán el decálogo de paradigmas en el futuro de la educación química: «Química en la frontera», «Analogías», «Incertidumbre», «Indagación, «Modelos y modelización», «Naturaleza de la ciencia», «Competencias», «Riesgo», «Tecnologías de la comunicación y de la información» y «Afectividad». OTTER, C. y STEPHENSON, K. (eds.) (2008). Salters Advanced Chemistry. Chemical Storylines AS. Chemical Storylines A2. Chemical Ideas AS/A2. Londres: OCR/Heinemann. www.york.ac.uk/org/seg/salters/chemistry


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Un proyecto de química en contexto para los dos cursos del bachillerato inglés (AS-A2) que parte de las aplicaciones y las fronteras de la investigación química e introduce los conceptos necesarios para su comprensión a lo largo de una serie de lecturas (storylines), que constituyen el hilo conductor del curso. La primera edición de este proyecto fue adaptada y experimentada en España durante el periodo 1995-2000. En el capítulo 3 del tercer volumen, Física y Química. Investigación, innovación y buenas prácticas, se describen el proyecto y los resultados de esta experimentación. TABER, K.S. (2002). Chemical misconceptions: prevention, diagnosis and cure. Vol. I: Theoretical background; Vol. II. Classroom resources. Londres: Royal Society of Chemistry. Esta publicación está pensada para dar información sobre las concepciones alternativas clave en química que ha descubierto la investigación, aportar una variedad de enfoques didácticos y actividades para evitar que los estudiantes adquieran estas concepcions y dar ideas generales para ayudar a los estudiantes a desarrollar concepciones cientificas apropiadas. Algunas actividades, traducidas al catalán, pueden ser consultadas en la web de la Societat Catalana de Química. Disponible en línea en: . TALANQUER, V. (2009). Química: ¿Quién eres, a dónde dón de vas y cómo te alcanzamos? Educación Química, 20, número extraordinario de junio, 220-226. Este artículo presenta una reflexión personal del autor sobre la naturaleza de la química, sus áreas de desarrollo potencial en el siglo XXI y las correspondientes implicaciones para la educación química.

Revistas Alambique. Monografías sobre temas de química.

alambique.grao.com/revistas/presentacion.asp?ID=4 La revista Alambique ha publicado diversos monográficos sobre temas de química: «Cambio químico» (17, 1998); «Química de los elementos» (21, 1999), «Estructura de la materia» (26, 2000), «La química cotidiana» (28, 2001), «Trabajos prácticos de física y química» (39, 2004), «Nuevos materiales» (59, 2009) y «Ciencia y cocina» (65, 2010). Educació Química EduQ.

publicacions.iec.cat/PopulaFi publicacions.iec.cat /PopulaFitxa.do? txa.do?moduleN moduleName=revi ame=revistes_cien stes_cientifiques& tifiques&subModul subModuleName=& eName=& idCatalogacio=11548# Revista cuatrimestral de educación química, publicada por la Societat Catalan a de Química, desde 2008. Está estructurada en las siguientes secciones: «Actualidad química», «Proye ctos curriculares», «Innovación en el aula», «Conceptos y modelos químicos», «Estrategias y recursos didácticos», «Trabajo práctico de laboratorio», «Nuevas tecnologías», «Historia y naturaleza de la química», «Química y sociedad», «Química y educación ambiental», «Investigación didáctica en química», «Formación del profesorado», «Trabajos de investigació n

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de los alumnos», «Química y otras ciencias» y «Lenguaje y terminología». Publica artículos principalmente en catalán, pero también en español, portugués, gallego, francés, italiano e inglés. Pueden consultarse todos los números en el portal on-line de publicaciones del Institut d’Estudis Catalans. Educación Química.

depa.fquim.unam.mx/educquim/index.php Revista trimestral de educación química publicada por la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México. Los objetivos de la revista son la actualización del profesorado, la exploración didáctica de temas de dificil aprendizaje, la difusión de la química, el uso de la historia para enseñar química, el intercambio de medios y criterios de evaluación del aprendizaje, la promoción de la enseñanza de la química experimental, el intercambio de experiencias de diseño, de evaluación curricular y de investigación educativa, etc. Publica artículos principalmente en español, pero también en inglés, portugués y francés. Quimica Nova na Escola (QNEsc).

qnesc.sbq.org.br Revista trimestral de educación química publicada por la división de enseñanza de la Sociedad Brasileña de Química. Todos los artículos se encuentran disponibles en línea. Está estructurada en las siguientes secciones: «Química y sociedad», «Educación en química y multimedia», «Espacio abierto», «Conceptos científicos destacados», «Historia de la química», «Actualidad química», «Relatos de clase», «Investigación en la enseñanza de la química», «El alumno en el foco», «Experimentación en la enseñanza de la química» y «Elemento químico».


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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CAAMAÑO, A. (1999). La química en el bachillerato: nuevos contenidos QTS, pero los mismos conceptos. Aula de innovación educativa, 81, 35-39. Alambique ique, 29, 43-52. — (2001). Repensar el currículum de química quím ica en los inicios del siglo XXI. Alamb — (2003). La enseñanza y aprendizaje de la química. En M.P. Jiménez-Aleixandre (coord.), Enseñar Ciencias. Barcelona: Graó. — (2004). La enseñanza de la química: conceptos y teorías, dificultades de aprendizaje y replanteamientos curriculares. Alambique, 41, 68-81. — (2007). Modelizar y contextualizar el currículum de química: un proceso en constante desarrollo. En M. Izquierdo, A. Caamaño y M. Quintanilla (2007), Investigar en la enseñanza de la química. Nuevos horizontes: contextualizar y modelizar. Barcelona: UAB. — (coord.) (2011a). Didáctica de la Física y la Química. Vol. II. Barcelona: Graó. — (coord.) (2011b). Física y Química. Investigación, innovación y buenas prácticas. Vol. III. Barcelona: Graó. CAAMAÑO, A., y otros (2001). Proyecto Salters: un enfoque CTS para la química del bachillerato. En P. Membiela (ed.), Enseñanza de las ciencias desde la perspectiva de la ciencia-tecnología-sociedad , p. 179. Madrid: Narcea. — (2008). Los nuevos currículos de física, química y biología en el bachillerato de Cataluña, Alambique, 56, 51-70. COSTA, J.A., y otros (2003). La química en la educación secundaria en Portugal: una perspectiva de cultura científica. Alambique, 36, 68-75. GABEL, D. (1999). Improving teaching and learning through chemistry education research: a look to the future. Journal of Chemical Education, 76, 4, 548. GARNETT, P.J., GARNETT, P.J. y HACKLING, M.W. (1995). Students’ alternatives conceptions in chemistry: a review of research and implications for teaching and learning, Studies in Science Education, 25, 69-95. GARRITZ, A. (2010). La enseñanza de la química para la sociedad del siglo XXI, caracterizada por la incertidumbre. Educación Química, 21, 1, 2-15. GÓMEZ-CRESPO, M.A., GUTIÉRREZ JULIÁN, M. y MARTÍN-DÍAZ, M.J. (2003). La química en el bachillerato. Pasado reciente, presente y futuro. Alambique, 36, 48-54. GRUP RECERCA-FARADAY (1988). Química Faraday . Libro del alumno y Guía del profesor. Barcelona: Teide. GRUPO SALTERS (1999). Proyecto Química Salters, Cuadernos de Pedagogía, 281, 68-72. GUTIÉRREZ JULIÁN, M.S., GÓMEZ CRESPO, M.A. y MARTÍN-DÍAZ, M.J. (2008). ¿Basta con decretar un nuevo currículo de química?, Alambique, 56, 20-27. IZQUIERDO, M., SANMARTÍ, N. y ESTAÑA, J.L. (2007). Actividad química escolar: modelización del cambio químico. En M. Izquierdo, A. Caamaño y M. Quintanilla (2007), Investigar en la enseñanza de la química. Nuevos horizontes: horizo ntes: contextualizar y modelizar. Barcelona: UAB.

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JUARISTI, E. (1999). (19 99). Desarrollo y aplicacion a plicacion de la Química en el siglo XXI. Educación Química, 10, 1, 8-12. MARTÍN-DÍAZ, M.J. y BACAS, P. (1996). El currículum actual ac tual en ciencias y la incorporación incorporac ión de nuevos temas. Alambique, 10, 11-28. OTTER, C. y STEPHENSON, K. (eds.) (2008). Salters Advanced Chemistry ( (Chemical Storylines, 2 vols. AS, A2. Chemical Ideas, 1 vol. AS/A2). 3.ª edición. Londres: OCR/Heinemann. PARCHMANN, I. (2009). Chemie in Kontext. One approach to realize science standards in chemistry classes? Educació Química EduQ, 2, 24-31. ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY (2000). Cutting edge chemistry . Londres: Royal Society of Chemistry. SANTOS, W., y otros (2009). Química e Sociedade: un projeto brasileiro para o ensino de química por meio de temas CTS. Educació Química EduQ, 3, 20-28. STANITSKI, C. (2000). ChemCom after a decade: a look backward and forward. Educación Química, 9, 5, 274-275. TABER, K.S. (2002). Chemical misconceptions: prevention, diagnosis and cure. Vol.I: Theoretical background, Vol. II. Classroom resources (disponible en línia). Londres: Royal Society of Chemistry. [Traducción en catalán: Concepcions alternatives en química: prevenció, diagnosi i cura. Vol. I. Fonament teóric, Vol II: Recursos Rec ursos per a l’aula]. Grup QuimBat. ICE UB. CDEC. Algunas actividades pueden ser consultadas en la web de la Societat Catalana de Química: . tml>. TALANQUER, V. (2006). Commonsense chemistry: a model for understanding students’ alternative conceptions. Journal of Chemical Education, 83, 5, 811. — (2009). Química: ¿Quién eres, a dónde vas y cómo te alcanzamos? Educación química, 20 (número extraordinario de junio), 220-226. TREAGUST, D., DUIT, R. y NIESWANDT, M. (2000). Sources of students’ difficulties in learning chemistry. Educación Química, 11, 2, 228-235.

Normativa legal Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo, de Educación. Boletín Oficial del Estado (04/05/2006), 106, 17158-17207. También disponible en línea en: . Real Decreto 1467/2007, de 2 de noviembre, por el que se establece la estructura estruc tura del bachillerato y se fijan sus enseñanzas mínimas. Boletín Oficial del Estado (06/11/2007), 266, 45381-45477. También disponible en línea en: .

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9. LA FÍSICA EN EL BACHILLERATO: POR UNA FÍSICA MÁS ATRACTIVA


• El abandono de la Física en el bachillerato y sus causas • Análisis del currículo currículo de Física Física • Algunas propuestas para desarrollar el currículo de Física • ¿Cómo reducir el exceso de formalismo? • ¿Qué experimentos o experiencias y qué relaciones CTS se pueden incluir? • ¿Cómo mejorar la evaluación? • Conclusiones

Jordi Solbes Universidad de Valencia IES José Rodrigo Botet. Manises

El abandono de la Física en el bachillerato y sus causas El Informe Rocard (Rocard (Rocard y otros, 2007) alerta sobre el hecho de que disminuyen los jóvene jóv eness eur europe opeos os que est estudi udian an cie cienci ncias as y el «pe «pelig ligro ro cap capita itall para el fut futuro uro de Eur Europa opa»» que esto supone, porque obstaculiza el logro de una economía del conocimiento, que era uno de los objetivos de la Estrategia de Lisboa, aprobada por la UE en el año 2000. De entre todas las ciencias, la situación peor en Europa, incluyendo nuestro país, es la de la física. Para comprobar qué sucede en nuestro país basta ver los datos de matriculación en la prueba de acceso a la universidad (PAU) de la Universidad de Valencia (en COU) y en las universidades valencianas (en 2.º de bachillerato) en las distintas asignaturas de Ciencias (cuadro 1, en página siguiente). Ponen de manifiesto que desde el año 1997 la matriculación en Física de 2.º de bachillerato ha disminuido un 43%, en Química un 39% y en Biología un 28%.

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Cuadro 1. Matrícula en las PAU de las asignaturas de Ciencias (Valencia)

AÑO

NÚMERO DE ALUMNOS ( (N Nº) FÍSICA/%

QUÍMICA/%

BIOLOGÍA/%

1997 (COU)

5801

47

51

35

2000 (COU)

5012

46

53

38

2005 (2.º bto.)

18491

28,1

32,3

26,8

2009 (2.º bto.)

19053

25,6

30,7

26,0

En el cuadro 2 se puede observar que ha disminuido el número de alumnos que cursan el bachillerato Científico tecnológico (CT), que pasa de ser el más elegido en COU al tercer lugar en 2009, siendo sobrepasado por Ciencias sociales (CCSS), que pasa al primer lugar, y por Ciencias de la salud (CS). Esto refleja otra tendencia común de los países avanzados, el incremento de estudiantes en Derecho, Económicas, etc. Pero la reducción de alumnos en el bachillerato CT (un 18%) no explica la caída de un 43% en Física ni las reducciones de Química y Biología. Esto se explica porque la estructura de la optatividad en el bachillerato impedía que los estudiantes de la modalidad de CS cursasen las asignaturas optativas de la otra modalidad (Matemáticas y Física) y viceversa. Cuadro 2. Matrícula en distintos bachilleratos en las PAU (Valencia)

AÑO

Nº

1997 (COU)

ARTE/%

CS/%

CT/%

CCSS/%

H/%

5801

26,1

31,1

26,4

16,4

2000 (COU)

5012

24,3

33,2

26,0

16,6

2005 (2.º bto.)

18491

2,9

25,9

26,0

31,0

14,5

2009 (2.º bto.)

19053

2,7

25,0

23,1

34,4

15,4

Según en el cuadro 3, el número nú mero de chicas en los bachilleratos es superior al de chicos a partir del año 2003, en el que la Universidad de Valencia empieza a considerar este dato interesante para sus estadísticas. El porcentaje de alumnas es muy superior en el bachillerato Humanístico (H) y bastante superior en CS y en el de CCSS, y muy inferior (se reduce casi a la mitad) en el CT. La disminución del número de chicas que cursan Matemáticas y Física en el bachillerato actual respecto al COU de antes disminuirá el de tituladas en ingeniería, arquitectura, física, etc. Cuadro 3. Porcentaje de alumnas en las distintas modalidades del bachillerato en las PAU de la Universidad de Valencia

AÑO

Nº

TOTAL/%

ARTE/%

CS/%

CT/%

CCSS/%

H/%

2003

5641

60,2

75,1

68,6

33,9

65,1

78,5

2005

5380

58,3

69,3

66,2

33,9

66,6

77,4

2009

5007

58,3

72,7

68,3

33,7

60,5

76,4

LA FÍSICA EN EL BACHILLERATO: POR UNA FÍSICA MÁS ATRACTIVA

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Según el Informe Rocard , «los orígenes de esta situación pueden encontrarse en la manera como se enseña la ciencia» (Rocard y otros, 2007). Pero, como señalan Solbes, Montserrat y Furió (2007), se trata de un fenómeno complejo, multicausal, en el que influye, evidentemente, la forma en que se enseñan las ciencias, pero también la imagen pública de las ciencias, el género de los estudiantes y el estatus de las ciencias en el sistema educativo. Todo lo dicho se ve acentuado si sustituimos «ciencias» por «física». En cuanto a las causas de la mala imagen pública de la ciencia, cabe señalar que la ciencia no parece formar parte de la cultura (dos (do s culturas), que algunos grupos sociales culpabilizan culpabiliz an a la ciencia de los problemas actuales (ambientales, armamentismo, arma mentismo, relativismo moral, etc.), que existe una escasa presencia de la ciencia en los medios (en especial, la TV), que la comunidad científica hace poca divulgación y, por último, las peculiaridades de la historia de la ciencia en cada país. En lo relativo a las relaciones género-aprendizaje de Física, tenemos la evidente desigualdad histórica y problemas de visibilidad, en la actualidad, de las contribuciones de las mujeres a la física, pero sobre todo de la vigencia del estereotipo: «la Física y las ingenierías no son para las chicas, cuya mente es mejor para otras materias y no para los estudios de Matemáticas y Física, etc.». Y la profecía se cumple. Respecto al estatus de Física en el sistema educativo, conviene recordar el «endemismo» curricular español , consistente en que España (con la excepción de Cataluña) es el único país europeo que no tiene separadas Física y Química en las edades correspondientes al primer curso de bachillerato. Con ello Física, al igual que Química, dispone sólo de un cuatrimestre (de cuatro horas) en este curso, mientras que en 2.º de bachillerat bachilleratoo Física es una asignatura de cuatro horas, como en los planes anteriores. La introducción de la Filosofía II por el decreto de Humanidades (2000) se hizo a expensas de una optativa específica, con lo cual los alumnos mayoritariamente mayoritariamente sólo cursaban tres asignaturas científicas (cuando en COU y LOGSE cursaban cuatro), lo que disminuyó la elección de Física. Ahora, con el bachillerato bachillerat o único de Ciencias y Tecnología de la Ley Orgánica de Educación (LOE), los alumnos pueden escoger cuatro asignaturas de modalidad de entre todas las existentes (Biología; Biología y Geología; Ciencias de la Tierra y medio ambiente; Dibujo técnico I y II; Física; Física y Química; Matemáticas I y II y Química y, también, Tecnología industrial I y II y Electrotecnia). También pueden elegir tres de modalidad y una optativa de otra modalidad (por ejemplo, Economía) o de las de oferta autonómica (2.ª Lengua extranjera; Tecnologías de la información y comunicación; Educación física, etc.). Se puede afirmar, a título de hipótesis, que al aumentar el abanico de asignaturas entre las que el estudiante puede elegir disminuirá el número de alumnos y alumnas que elijan Física. En cuanto a la enseñanza, los propios estudiantes, en diversas investigaciones y países (Matthews, 1991; Dunbar, 1999; Solbes, Montserrat y Furió, 2007), señalan como causa de

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su desinterés la enseñanza de una ciencia aislada del entorno, sin relaciones Ciencia, Tecnología, Sociedad (CTS), poco útil y sin temas de actualidad, sin apenas trabajo práctico, con clases aburridas y poco participativas, y la dificultad de la propia disciplina. La consecuencia de todo ello es la disminución de estudiantes de ciencias, especialmente de Física. Dado el carácter multicausal de esta disminución, deberían tenerla en cuenta no sólo el profesorado, sino también las administraciones educativas, las editoriales y los medios de comunicación. A continuación veremos cómo el currículo de Física incorpora algunas aportaciones de la didáctica de las Ciencias que pueden aumentar el interés del alumnado. Pero los libros de texto y las PAU diluyen esas aportaciones, como se pone de manifiesto el último apartado de este capítulo y, por tanto, obstaculizan el logro de soluciones para el problema del abandono.

Análisis del currículo de Física Analizaremos el currículo de enseñanzas mínimas que se establece en el Real Decreto 1467/2007, como desarrollo de la LOE, que prescribe un 70% de los currículos autonómicos que lo desarrollan.

Introducción y objetivos En la introducción al currículo de Física se señala que la materia ha de: (…) lograr una mayor familiarización con la naturaleza de la actividad científica y tecnológica y la apropiación de las competencias que dicha actividad conlleva. Al mismo tiempo, esta materia, de la modalidad de Ciencias y Tecnología, ha de seguir contribuyendo a aumentar el interés de los estudiantes hacia las ciencias físico-química físico-químicas. s.

También, que la materia ha de contribuir: (…) a la formación del alumnado para su participación como ciudadanos y ciudadanas –y, en su caso, como miembros de la comunidad científica– en la necesaria toma de decisiones en torno a los graves problemas problemas con los que se enfrenta hoy la humanidad.

Y a: (…) aumentar el interés de los estudiantes hacia las ciencias físico-químicas, poniendo énfasis en una visión de las mismas que permita comprender su dimensión social y, en particular, el papel jugado en las condiciones de vida y en las concepciones de los seres humanos.

Todo ello en la línea de las aportaciones de la investigación en didáctica de las Ciencias. También siguen esta línea los objetivos: «Comprender vivencialmente la importancia de la física y la química para abordar numerosas situaciones cotidianas, así como para participar, como ciudadanos y ciudadanas y, en su caso, futuros científicos y científicas, en la necesaria


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toma de decisiones fundamentadas en torno a problemas locales y globales»; «Utilizar, con autonomía creciente, estrategias de investigación propias de las ciencias»; «Familiarizarse con la terminología científica para poder emplearla de manera habitual al expresarse en el ámbito científico»; «Utilizar de manera habitual las tecnologías de la información y la comunicación, para realizar simulaciones y tratar datos»; «Comprender las complejas interacciones actuales de la Física con la tecnología, la sociedad y el ambiente» y «Familiarizarse con el diseño y realización de experimentos físicos, utilizando el instrumental básico de laboratorio». Curiosamente, no se incluye ninguna de las competencias, que sí aparecen en los estudios anteriores (educación secundaria obligatoria) y en los universitarios.

Contenidos Los temas de Física tratados en el bachillerato según el Real Decreto 1467/2007 se muestran en el cuadro 4. Cuadro 4. Bloques de contenidos de Física del bachillerato

1.º DE BACHILLERATO

2.º DE BACHILLERATO

1. Contenidos comunes 2. Estudio del movimiento 3. Dinámica 4. La energía y su transferencia: trabajo y calor 5. Electricidad

1. Contenidos comunes 2. Interacción gravitatoria 3. Vibraciones y ondas 4. Óptica 5. Interacción electromagnética 6. Introducción a la Física moderna

En los contenidos comunes aparecen contenidos procedimentales básicos de la ciencia comunes a los dos cursos y a todos los temas de los mismos, que son los dos primeros de la segunda columna de las cuadros 5 y 6 (véanse pp. 177-178), marcados con un asterisco (*). El 2.º curso es descrito como «una continuación de la Física estudiada en el curso anterior, centrada en la mecánica de los objetos asimilables a puntos materiales y en una introducción a la electricidad». Los restantes temas no han variado prácticamente desde la Ley Orgánica de Ordenación General del Sistema Educativo (LOGSE). Esto puede ser debido a que entre 1.º y 2.º se incluyen los temas básicos de una física general, salvo la termodinámica, introducida muy someramente en el tema 4 de la Física y Química de 1.º. Ni siquiera ha cambiado la distribución de los temas entre 1.º y 2.º en las tres leyes (LOGSE, Ley Orgánica de Calidad de la Educación [LOCE], LOE). Esto puede ser debido a que con sólo dos horas anuales (o un cuatrimestre de cuatro horas) en 1.º de bachillerato es muy difícil cambiar la distribución. Para ello sería necesario separar las asignaturas de Física y Química, homologándonos así con el resto de Europa. Pero esto es una larga «guerra» que se inició con la Ley General de Educación (LGE), en la que la Física y la Química, anteriormente separadas, fueron unificadas en 3.º de BUP por la

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administración educativa, sumando los contenidos de ambas disciplinas. En la LOGSE, la propuesta inicial separaba la Física y la Química en dos asignaturas en 1.º de bachillerato. Nuevamente, la administración educativa decidió unirlas para dar cabida a la amplia parte troncal del bachillerato, olvidando que un bachillerato de sólo dos años de duración, como el inglés en el que se inspiraba, debería tener una parte específica (científica en nuestro caso) más amplia. En la LOCE, pese al debate previo que se planteó en el Senado sobre la deficiente situación de las ciencias en el sistema educativo, no se replanteó la situación. De hecho, en el Decreto de Humanidades que la precedió se introdujo, como ya hemos señalado, Filosofía II en 2.º de bachillerato a expensas de una optativa específica. Por último, en la LOE, la oportuna inclusión de dos horas de Ciencias para el mundo contemporáneo en 1.º de bachillerato obstaculizó que se reabriese el debate. Estas «derrotas» sucesivas son un claro indicador del poco aprecio por las ciencias que tiene la administración educativa, es decir, la clase política española (independientemente de su «color»). Si se impartiese Física (separada de Química) con tres o cuatro horas en 1.º y cuatro horas en 2.º sería posible cambiar la distribución e introducir temas más cualitativos en 1.º: La energía y su transferencia: trabajo y calor; Óptica; Electricidad y magnetismo y elementos de física cuántica, necesarios para la química. Para 2.º podrían quedar temas más cuantitativos como: Cinemática; Dinámica; Vibraciones y ondas; Interacción gravitatoria y electromagnética e ideas de relatividad y física nuclear. De hecho, en Cataluña, donde se imparte una Física de cuatro horas en 1.º y de cuatro horas en 2.º, se ha podido realizar una distribución alternativa de contenidos (Plana y otros, 2005). Algunos sostienen que el currículo de Física es un currículo enciclopédico, pero esto sólo se podría afirmar de la asignatura de 1.º, en el que aparecen juntas Física y Química, y se introducen cuatro bloques de contenido de cada una de ellas, lo que da un total de nue ve, incluyendo el de contenidos comunes. Pero en 2.º, con tan sólo seis bloques, es más difícil mantener esa afirmación. Incluso en autonomías como la valenciana, que separan el último bloque en tres (Elementos de física relativista, Elementos Elem entos de física cuántica y Física nuclear y de partículas), el número de bloques es de ocho. Por lo tanto, el problema de los contenidos enciclopédicos que impiden mostrar las implicaciones tecnológicas y sociales de la física (Pro, 2005) no es tanto un problema de currículo cuanto de su concreción en los libros de texto, en las PAU y en la práctica docente del profesorado, como veremos más adelante. En cuanto a los contenidos, además de los conceptuales, habituales en todos los currículos, se incluyen contenidos procedimentales relacionados con el trabajo científico y contenidos CTS que favorecen la enseñanza de valores y actitudes, como recomienda la investigación en didáctica de las Ciencias. Estos contenidos CTS son relevantes para la vida personal y social o cívica del alumnado, como plantea PISA (2005).


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En el cuadro 5 se muestran los diversos tipos de contenidos de Física del primer curso de bachillerato. Los números indican el bloque temático al que pertenecen. Los contenidos sobre procedimientos de la ciencia aparecen en la segunda columna marcados con un asterisco y sin marca los contenidos sobre la naturaleza de la ciencia. Aunque prevalecen los conceptuales, se puede considerar que el «estudio de movimientos» o el «estudio de algunas situaciones dinámicas de interés» son también experimentales, por lo que se marcan con el asterisco. Cuadro 5. Contenidos conceptuales, procedimentales y CTS de Física del primer curso de bachillerato

CONTENIDOS CONCEPTUALES

CONTENIDOS PROCEDIMENTALES

CONTENIDOS CTS

Y SOBRE LA NATURALEZA DE LA CIENCIA

2. Sistemas de referencia inerciales. Magnitudes necesarias para la descripción del movimiento. Iniciación al carácter vectorial de las magnitudes que intervienen. 2. Estudio de los movimientos rectilíneo uniformemente acelerado y circular uniforme.* 2. Superposición de movimientos: tiro horizontal y tiro oblicuo. 3 Revisión y profundización de las leyes de la dinámica de Newton. Cantidad de movimiento y principio de conservación. 3. Estudio de algunas situaciones dinámicas de interés: peso, fuerzas de fricción, tensiones y fuerzas elásticas.* Dinámica del movimiento circular uniforme. 4. Revisión y profundización de los conceptos de energía, trabajo y calor y sus relaciones. Eficacia en la realización de trabajo: potencia. Formas de energía. 4. Principio de conservación y transformación de la energía. Primer principio de la termodinámica. Degradación de la energía. 5. La naturaleza eléctrica de la materia ordinaria. 5. Introducción al estudio del campo eléctrico; concepto de potencial. 5. La corriente eléctrica; ley de Ohm; asociación de resistencias. Efectos energéticos de la corriente eléctrica.

1. Utilización de estrategias básicas 2. Importancia del estudio de la actividad científica tales de la cinemática en la como el planteamiento de provida cotidiana y en el blemas y la toma de decisiones surgimiento de la ciencia acerca del interés y la convenienmoderna. cia o no de su estudio; formula- 2. Importancia de la edución de hipótesis, elaboración de cación vial. Estudio de estrategias de resolución y de disituaciones cinemáticas seños experimentales y análisis de de interés, como el eslos resultados y de su fiabilidad.* pacio de frenado, la in1. Búsqueda, selección y comunicafluencia de la velocidad ción de información y de resulen un choque, etc. tados utilizando la terminología 5. Generador es de coadecuada.* rriente. La energía eléc2. Las aportaciones de Galileo al detrica en las sociedades sarrollo de la cinemática y de la actuales: profundización ciencia en general. en el estudio de su ge3. De la idea de fuerza de la física neración y consumo y aristotélico-escolástica al conrepercusiones de su uticepto de fuerza como interacción. lización. 5. Revisión de la fenomenología de la electrización.*

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En lo que concierne a los contenidos de 2.º de bachillerato (cuadro 6), conviene resaltar la existencia de un mayor equilibrio entre los diversos tipos e, incluso, una ligera prevalencia de los contenidos de procedimientos y naturaleza de la ciencia, por los varios epígrafes que usan la historia de la física para enseñar su naturaleza. Cuadro 6. Contenidos conceptuales, procedimentales y CTS de Física del segundo curso de bachillerato

CONTENIDOS CONCEPTUALES

CONTENIDOS PROCEDIMENTALES Y

CONTENIDOS CTS

SOBRE LA NATURALEZA DE LA CIENCIA

2. De las leyes de Kepler a la Ley de gravitación universal. Energía potencial gravitatoria. 2. Magnitudes que lo caracterizan: intensidad y potencial gravitatorio. 2. Movimiento oscilatorio: el movimiento vibratorio armónico simple. 3. Movimiento ondulatorio. Clasificación y magnitudes características de las ondas. Ecuación de las ondas armónicas planas. Aspectos energéticos. 3. Principio de Huygens. Reflexión y refracción. Estudio cualitativo de difracción e interferencias. Ondas estacionarias. Ondas sonoras. 4. Dependencia de la velocidad de la luz con el medio. Algunos fenómenos producidos con el cambio de medio: reflexión, refracción, absorción y dispersión. 4. Estudio cualitativo del espectro visible y de los fenómenos de difracción, interferencias y dispersión. 5. Campo eléctrico. Magnitudes que lo caracterizan: intensidad de campo y potencial eléctrico. 5. Relación entre fenómenos eléctricos y magnéticos. Campos magnéticos creados por corrientes eléctricas. Fuerzas magnéticas: ley de Lorentz e interacciones magnéticas entre corrientes rectilíneas. Magnetismo natural. 5. Inducción electromagnética. 6. Postulados de la relatividad especial. 6. Hipótesis de De Broglie. Relaciones de indeterminación. 6. Física nuclear. La energía de enlace.

1. Utilización de estrategias básicas de la actividad científica tales como el planteamiento de problemas y la toma de decisiones acerca del interés y la conveniencia o no de su estudio; formulación de hipótesis, elaboración de estrategias de resolución y de diseños experimentales y análisis de los resultados y de su fiabilidad.* 1. Búsqueda, selección y comunicación de información y de resultados utilizando la terminología adecuada.* 2. El problema de las interacciones a distancia y su superación mediante el concepto de campo gravitatorio. 2. Estudio de la gravedad terrestre y determinación experimental de g.* 3. Estudio experimental de las oscilaciones del muelle.* 4. Controversia histórica sobre la naturaleza de la luz: modelos corpuscular y ondulatorio. 4. Comprensión de la visión y la formación de imágenes en espejos y lentes delgadas. Pequeñas experiencias con las mismas.* 4. Construcción de algún instrumento óptico.* 5. Experiencias con bobinas, imanes, motores, etc.* 5. Analogías y diferencias entre los campos gravitatorio, eléctrico y magnético. 5. Aproximación histórica a la síntesis electromagnética de Maxwell. 6. La crisis de la física clásica. 6. El efecto fotoeléctrico y los espectros discontinuos: insuficiencia de la física clásica para explicarlos.

2. Interacción gravitatoria: una revolución científica que modificó la visión del mundo. 2. Movimiento de los satélites y los cohetes. 3. Aplicaciones de las ondas al desarrollo tecnológico y a la me jora de las condiciones de vida. Impacto en el medio ambiente. 3. Contaminación acústica, sus fuentes y efectos. 4. Aplicaciones médicas y tecnológicas (de la óptica). 5. Producción de energía eléctrica, impactos y sostenibilidad. Energía eléctrica de fuentes renovables. 6. Repercusiones de la teoría de la relatividad. 6. Valoración del desarrollo científico y tecnológico que supuso la física moderna. 6. Radioactividad: tipos, repercusiones y aplicaciones 6. Reacciones nucleares de fisión y fusión, aplicaciones y riesgos.


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En resumen, el currículo selecciona algunos de los principales conceptos concep tos y leyes de la física, como: • Las leyes del movimiento. • Los principios de conservación de la cantidad de movimiento y de la carga. • El principio de conservación de la energía, incluyendo el calor (Primer Principio). • La degradación de la energía (Segundo Principio). • Los conceptos de campo y de onda. • La equivalencia relativista de masa y energía. • La cuantificación de la energía. • La interpretación probabilista. También enfatiza la idea de unificación, que se inicia con la gravitación universal, que unifica el cielo y la Tierra, y prosigue con la síntesis de Maxwell, que unifica la electricidad, el magnetismo y la óptica. Y lo hace sin descartar los contenidos sobre procesos y naturaleza de la ciencia y sobre relaciones CTS.

Criterios de evaluación Los criterios constan de un enunciado breve, redactado en infinitivo, y unos comentarios que lo desarrollan. El primero es prescriptivo para los decretos autonómicos, el segundo no. Dichos criterios se entienden como un puente entre los contenidos formales y los contenidos propuestos. Así, a título de ejemplo, el 2.º criterio dice: (…) valorar la importancia de la Ley de la gravitación universal y aplicarla a la resolución de situaciones problemáticas de interés como la determinación de masas de cuerpos celestes, el tratamiento de la gravedad terrestre y el estudio de los movimientos de planetas y satélites.

Y el 3.º afirma: Construir un modelo teórico que permita explicar las vibraciones de la materia y su propagación (ondas), aplicándolo a la interpretación de diversos fenómenos naturales y desarrollos tecnológicos.

Estos criterios de evaluación se ajustan a los objetivos y los contenidos establecidos. Las administraciones educativas deberían garantizar que las PAU de Física, que están centradas básicamente en problemas numéricos y contenidos conceptuales, tuviesen más en consideración el resto de contenidos (Guisasola, 2008). Otra función de los comentarios es aclarar los contenidos, como por ejemplo, cuando señala que: (…) este criterio evaluará si los estudiantes comprenden que los fotones, los electrones, etc. no son ni ondas ni partículas según la noción clásica, sino que son objetos nuevos con un comportamiento nuevo, el cuántico, y que para describirlo fue necesario construir un nuevo cuerpo de conocimientos que permite una mejor comprensión de la materia y el cosmos, la física cuántica.

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Los comentarios también incluyen aplicaciones de la física a la tecnología y la salud como, por ejemplo, «conocer los efectos de la contaminación acústica en la salud» o «las múltiples aplicaciones de la óptica en el campo de la fotografía, la comunicación, la investigación y la salud». También, «la utilización de distintas fuentes para obtener energía eléctrica o de las ondas electromagnéticas en la investigación, la telecomunicación, la medicina, etc.» o «las aplicaciones de los radioisótopos (en medicina, arqueología, industria, etc.)». Es decir, el currículo actual tiene muy presentes temas que pueden interesar a las chicas (Vázquez y Manassero, 2007) y también a los estudiantes de ciencias de la salud, en consonancia con la introducción, donde se señala que: (…) la Física es una materia que forma parte de todos los estudios universitarios de carácter científico y técnico y es necesaria para un amplio abanico de familias profesionales que están presentes en la Formación Profesional de Grado Superior.

Contradictoriamente, la organización de la optatividad en el bachillerato no siempre les facilita la elección de esta asignatura.

Algunas propuestas para desarrollar el currículo de Física El problema principal de la enseñanza de Física es que no tiene en cuenta el desinterés del alumnado y se centra en los aspectos más conceptuales y propedéuticos. En consecuencia, ignora algunos aspectos que, según la investigación en didáctica, podrían contribuir a incrementar el interés hacia la física, como es realizar un tratamiento más cualitativo de los contenidos y mostrar las relaciones CTS y la forma de trabajo de la ciencia. Por eso, cuando el profesorado en activo pregunta si es posible hacer estas cosas en la docencia diaria y, en especial, en 2.º de bachillerato (donde está implícito que no te puedes «entretener» porque la PAU no lo permite), la respuesta debería ser afirmativa. Se pueden hacer experimentos (Solbes y Tarín, 2008), pequeñas experiencias con juguetes (Lozano, García-Molina y Solbes, 2007), actividades de historia de la ciencia (Solbes y Traver, 2003) y de CTS (Solbes y Vilches, 2004) e, incluso, debates sobre temas científicos controvertidos (Solbes, Ruiz y Furió, 2010). Y, además, responder a las preguntas de los alumnos o utilizar temas de actualidad: la película Ágora, las maravillosas fotografías del año internacional de la Astronomía o su proyecto de medida del radio terrestre y la puesta en marcha del LHC (Large Hadron Collider), saliendo al paso de la supuesta catástrofe del agujero negro. Y, además, se puede acabar el programa de bachillerato. En 1.º es un poco más difícil, dado que hay menos tiempo. En el cuatrimestre de Física, se puede impartir el estudio del movimiento, la dinámica, la energía y su transferencia: trabajo y calor, y los aspectos energéticos de la corriente eléctrica. En cuanto a la Física de 2.º, se puede dedicar el primer trimestre al estudio de la interacción gravitatoria, y vibraciones y ondas; el segundo, al estudio de óptica


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e interacción electromagnética; y el tercero, a la introducción a la física moderna. Además, se puede conseguir que los alumnos saquen buenas notas en la PAU. Entre otras cosas, porque el interés por la física mejora su aprendizaje. Y ¿de dónde sacar el tiempo? Posiblemente, evitando lo que hacen muchos libros de texto mayoritarios. Dichos libros tienen una gran responsabilidad en el proceso educativo, ya que son utilizados por la mayor parte del profesorado y son los intérpretes del currículo. Sin embargo, las grandes editoriales en escasas ocasiones apuestan por las innovaciones innova ciones porque consideran que de esta forma se aseguran una mayor aceptación del profesorado –especialmente preocupado por el tipo de problemas que se proponen en las PAU– y, con ello, sus beneficios económicos. Por el contrario, los escasos materiales curriculares alternativos, que introducen innovaciones educativas, no cuentan siempre con el apoyo necesario (Caamaño y otros, 2001).

¿Cómo reducir el exceso de formalismo? Muchos libros parece que no puedan introducir las ecuaciones de movimiento en 1.º de bachillerato sin derivadas o determinar la energía potencial gravitatoria o eléctrica en 2.º sin integrar, cuando los alumnos desconocen las derivadas en 1.º y las integrales en 2.º. O no saben introducir la ecuación de Biot-Savart o la de las lentes delgadas sin deducirla de las leyes de Ampère o del dioptrio esférico. Olvidan que en la historia de la física (Holton, 2004) las ecuaciones de movimiento se introdujeron antes que el cálculo integral y diferencial, que muchas ecuaciones se obtuvieron a partir de los experimentos (por ejemplo, la de Biot y Savart) y que otras se pueden obtener por razonamientos dimensionales, de tanta importancia en la física (Levy-Leblond, 2002). Es decir, parece que no se puede enseñar física sin fórmulas…, pero se enseña sin experimentación. Y, lo que resulta más paradójico, este tratamiento deductivo formal se justifica en la PAU, cuando en ésta no se pide ese tipo de demostraciones. Grandes físicos teóricos han puesto de manifiesto que la física y su enseñanza no se pueden reducir a su formalismo. Así, Boltzmann (1986) decía lo siguiente: (…) llama la atención que las teorías sean difíciles de entender y que estén rodeadas de un montón de fórmulas (que no significan nada para el profano). Sin embargo, ésta no es su esencia, ya que el verdadero teórico ahorra en lo posible este tipo de medios; lo que puede decir con palabras, lo dice con palabras.

Weisskopf (1990) sostiene: Si uno no puede explicar su trabajo a una persona ajena al asunto, realmente no lo ha comprendido.

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Heisenberg afirma: Para un científico, la descripción en lenguaje llano es una medida del grado de comprensión a que se ha llegado.

O, para finalizar, la más conocida de Einstein: Ningún científico piensa con fórmulas. Antes de que el físico comience a calcular, debe tener en su cerebro el curso de los razonamientos. Estos últimos, en la mayoría de los casos, pueden ser formulados con palabras sencillas. Los cálculos y las fórmulas vienen después.

Es posible enseñar Física sin apenas ecuaciones, y un buen ejemplo de ello es la conocida Física conceptual de de Hewitt (2004). O enseñarla sin derivadas ni integrales y, a cambio, utilizar util izar profusamente la historia de la ciencia para extraer de ella los problemas significativos (Holton, 2004), o mostrar las múltiples aplicaciones de la física en la tecnología, la medicina, etc. (Giancoli, 2006). En esta línea cualitativa, son muy interesantes algunos capítulos del volumen 1 de Física de Feynman (1998), como el 1, «Átomos en movimiento», el 2, «Física « Física básica», el 3, «Relación de la física con otras ciencias», el 4, «Conservación de la Energía», el 7, «Gravitación», el 37, «Comportamiento cuántico», el 46, «Rueda dentada y trinquete» y el 52, «Simetría en las leyes físicas», que aparecen, casi sin cambios, en sus libros de divulgación El carácter de la ley física o Seis temas fáciles. Este excesivo formalismo posiblemente sea debido a que el profesor ha sido formado en la universidad con una visión unidimensional de de las materias científicas que excluye muchas de sus múltiples dimensiones (la historia, las relaciones CTS, su contribución a la racionalidad y el espíritu crítico, etc.). Desde esta perspectiva, la atención a la dimensión de los métodos de la ciencia se interpreta como ciencia, pero no se enseña, aduciendo exceso de contenidos conceptuales, falta de tiempo, etc. Y la atención a la dimensión CTS se interpreta, erróneamente, como una «desviación» del currículo científico, como «no ciencia». El texto que sigue expone un ejemplo de actividad conceptual cualitativa. Ejemplo de actividad conceptual cualitativa tr es casos siguientes: a) en A hay una Actividad. Dibujar el campo creado por una carga Q = 2 C en el punto A en los tres carga q = +1 mC; b) en A hay una carga q = -1 mC; c) en A no hay nada. a) Q A b) Q A c) Q A · · · · · · Comentarios. Se trata de una actividad conceptual. Muestra que los alumnos son incapaces de dar un significado

físico al campo independientemente de la fuerza. De hecho, como ya hemos mostrado en Martín y Solbes (2001), la mayoría de los alumnos identifican la intensidad de campo con la fuerza existente entre ambas cargas, y por ello la mayoría contesta que no existe campo en el caso c). En dicho trabajo se pueden encontrar otras cuestiones que pueden ayudar a corregir esta concepción alternativa.


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¿Qué experimentos o experiencias y qué relaciones CTS se pueden incluir? Nos centramos en estas dos aportaciones de la investigación en didáctica de las Ciencias por la demostrada capacidad de ambas para cambiar las actitudes negativas de los estudiantes, despertando su interés, sin el cual no es posible el aprendizaje. Por otra parte, los procedimientos del trabajo científico son un saber hacer y, como todos estos, sólo se aprende haciendo. Como ya hemos señalado (contenidos con asterisco de los cuadros 5 y 6, en las pp. 177-178), el propio currículo ofrece bastantes oportunidades para aprenderlas, como el estudio de movimientos, de las oscilaciones de un muelle, la determinación de gravedad terrestre, etc., cuyo estudio experimental se ve considerablemente facilitado con la utilización de los sensores de movimiento, fuerza, etc., de un laboratorio asistido asistido por ordenador (Pintó, 2002; Solbes y Tarín, 2008). interacciones de la física con la tecnología, la sociedad y el ambiente permite Presentar las múltiples interacciones no sólo dar una visión más contextualizada de la física, sino también contribuir a la formación de ciudadanos críticos que puedan participar en debates en torno a temas científicos, tomar decisiones informadas, etc. (Solbes y Vilches, 2004; Solbes, Ruiz y Furió, 2010). Esta orientación CTS de la física ha sido desarrollada en el proyecto «Galaxia» (Calatayud y otros, 1995; Solbes y Tarín, 1996) y por la «Física Salters» (Plana y otros, 2005), que se presenta con más detalle en otro libro de la serie. Por eso, se deben realizar actividades sobre las principales implicaciones tecnológicas de la física. Son muchas y diversas y, por otra parte, nos hemos acostumbrado tanto a ellas que muchas veces se ignora su origen en la física. Entre ellas podemos mencionar: las implicaciones de la gravitación en la astronomía y los satélites artificiales; las aplicaciones de la termodinámica en las máquinas térmicas y su impacto ambiental (el incremento del efecto invernadero, la lluvia ácida, el esmog), etc.; el campo eléctrico y las fotocopiadoras, los filtros electrostáticos, las impresoras de chorro, los tubos de rayos catódicos y TV, la corriente eléctrica desde Galvani a la corriente alterna, el campo magnético y los electroimanes, los espectrógrafos de masas, los motores; los generadores de corriente alterna, los transformadores, la iluminación eléctrica; la producción y la recepción de ondas electromagnéticas, las primeras redes de comunicación; las múltiples aplicaciones de la óptica, desde las lentes correctoras a los instrumentos ópticos o la fibra óptica; las implicaciones conceptuales y prácticas de la relatividad especial (energía nuclear) y general (astrofísica y cosmología); la célula fotoeléctrica, el láser, el microscopio electrónico, la electrónica y los dispositivos semiconductores (diodos, células fotovoltaicas, transistores, circuitos integrados) y sus aplicaciones en control (automática y robótica), en ordenadores, en la telecomunicación y en Internet ponen de manifiesto que todas las nuevas tecnologías son cuánticas; la radiactividad y sus múltiples aplicaciones, dosis y efectos; la fisión y la fusión y sus, hasta ahora, preocupantes aplicaciones; los detectores, los aceleradores lineales y circulares y su radiación sincrotrón.

Particularmente relevantes son las aplicaciones de la física en las tecnologías de la información y la comunicación (TIC), de las que se habla constantemente y se dice incluso que han

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propiciado una nueva era de la información, pero estos discursos ignoran los desarrollos de las ciencias físicas que hacen posible su existencia y funcionamiento, fun cionamiento, como la microelectrónica o las telecomunicaciones. telecomunicacione s. Se da así una visión que no muestra la génesis y la evolución de las TIC, lo que no favorece la comprensión de las mismas y de su capacidad de integrar tecnologías ya existentes (como la red telefónica telefón ica actualmente o la de TV digital en el futuro). También conviene mostrar la contribución de la física a la solución de las necesidades humanas, en concreto, en las fuentes de energía y su consumo, en la comunicación (de la que ya hemos hablado), en los nuevos materiales y las nuevas tecnologías (particularmente las electrónicas, las ópticas, la nanotecnología, etc.) y en la salud. A este respecto es importante señalar que se olvida el papel de la física (el espectrógrafo de masas, la difracción de rayos X, la radiación sincrotrón y un largo etcétera) en los progresos recientes de la medicina y la biología, bio logía, en particular, en su rama más puntera, la biología molecular, molecul ar, o en la biofísica. Y, sobre todo, el papel de la instrumentación instrumentac ión física (los rayos X, la tomografía asistida por computador –TAC–, la resonancia magnética magnétic a nuclear –RMN–, la tomografía de emisión de positrones –PET–, las fuentes y los isótopos radiactivos), sin la cual no hubiese sido posible el tratamiento y el diagnóstico de muchas enfermedades. enfermedades. cultural de la física y su contribución a la racionalidad, Conviene recordar, asimismo, el papel cultural al espíritu crítico, al cuestionamiento de los múltiples pseudocientificismos que nos invaden y a la ética, con ejemplos de responsabilidad social de físicos (Einstein, Born, Joliot o Rotblat) que criticaron el uso de la ciencia en la guerra o denuncian los problemas de nuestro tiempo (como Sagan o Salam) y contribuyen a su estudio y proponen soluciones a los mismos. O la aportación de los satélites artificiales artific iales a la idea de la nave espacial Tierra, Tierra , con un destino solidario de la humanidad, que podría fracasar a causa de la destrucción de la nave en la que viaja.

Por último, también conviene utilizar la historia de la física para extraer de la misma los problemas significativos, evitar visiones dogmáticas y descontextualizadas, mostrar la dimensión humana y la naturaleza colectiva y controvertida de la investigación científica, etc. (Solbes y Traver, 2003), aspectos éstos que ya se han tratado en el capítulo 2, «Historia de la física y enseñanza de la Física», de este volumen. Seguidamente, se expone una serie de ejemplos de actividades sobre naturaleza y procedimientos de la ciencia y CTS. Ejemplos de actividades sobre naturaleza y procedimientos de la ciencia y CTS Actividad. Del mismo modo que las dificultades de la concepción aristotélico-escolástica contribuyeron al surgimiento de la física clásica en el siglo XVII, a finales del siglo XIX, una serie de problemas que no pudieron ser explicados originaron la crisis de la física clásica y produjeron el surgimiento de física moderna. Recuerda algunos de estos problemas pendientes. Comentarios. Es una actividad sobre la naturaleza de la ciencia. Los estudiantes pueden citar aquellos problemas sobre los que se ha llamado la atención en los temas precedentes o en otros cursos, en particular, los espectros discontinuos de los gases incandescentes y la inestabilidad del átomo de Rutherford por emisión radiación electromagnética (vistos en la química), el efecto fotoeléctrico (que se puede introducir al describir las experiencias


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de Hertz para producir ondas electromagnéticas en las que descubrió que saltaba más fácilmente la chispa en el detector de las ondas hertzianas cuando se iluminaba con luz visible uno de sus extremos) y el carácter de sistema en reposo absoluto del espacio, es decir, del éter que supuestamente lo ocupaba (en Cinemática). Pero el profesor no debe olvidar que existieron más problemas y puede mencionar alguno de ellos, si lo considera oportuno, como los espectros continuos de sólidos y líquidos incandescentes, el incumplimiento de la ley de Dulong y Petit de la capacidad calorífica específica de los sólidos o que la resistividad de los metales, predicha mediante el modelo de Drude Lorentz, era mayor que la experimental, etc. Actividad. Indica, a título de hipótesis, de qué variables depende el periodo de oscilación de un muelle. Diseña y

realiza una investigación para comprobarlo. Comentarios. Se trata de una actividad sobre procedimientos de la ciencia. En ella se plantea un trabajo práctico abor-

dado como investigación. La actividad permite a los alumnos señalar, a título de hipótesis, que el período T puede depender de la masa m, de la constante k, etc. A continuación, se trata de diseñar una experiencia para comprobarlo. Puede consistir en un muelle del que se suspenden diversas masas y que se hace oscilar para cada una de ellas. Se facilita su realización utilizando un sensor de movimientos, situado debajo de las masas. Se determinan los períodos T en la pantalla del ordenador para cada masa m, encontrando una recta si se representa m = f(T2). Este resultado, que concuerda con T = 2π(m/k)1/2, que se deduce a partir de la ecuación dinámica del sistema F = ma, es decir, kx = mω2x, y que permite realizar una determinación de la constante elástica k a partir de la pendiente de la recta. También es interesante suspender el sistema del sensor de fuerzas, lo que permite comprobar cómo varían estas en función de la posición. Actividad. ¿Se deberían de construir nuevas centrales nucleares para producir energía en España? Presenta todos los

argumentos a favor y en contra de cada postura y finalmente toma una decisión al respecto. Comentarios. Es una actividad CTS de argumentación sobre cuestiones sociocientíficas. Se realizó durante el proceso

inmediatamente anterior a la decisión por parte del Gobierno español de prolongar la vida útil de la Central Nuclear de Garoña. Unos las defienden porque reduce la emisión de CO2 a la atmósfera, y otros las cuestionan porque sigue sin solucionarse el problema de los residuos radiactivos, por la posibilidad de accidentes, por la utilización del plutonio en armas nucleares, etc. Lo que es evidente es la actualidad del tema nuclear: la ubicación del cementerio nuclear español, la carrera nuclear de Irán, el nuevo acuerdo sobre reducción de cabezas nucleares entre EE.UU. y Rusia, etc.

¿Cómo mejorar la evaluación? Por último, otra causa de rechazo de la Física es el carácter tradicional de la evaluación de su aprendizaje. En este sentido, los exámenes institucionales de cada país también son responsables, por omisión, de la poca eficacia de los cambios, porque los contenidos de las innovaciones de la enseñanza de las ciencias no suelen estar presentes en ellos, diseñados siempre teniendo en cuenta los contenidos más tradicionales y propedéuticos propedéutico s (Oliva y Acevedo, 2005). No se plantean medir competencias generales y básicas, las cuales implican la aplicación de conocimientos y procedimientos científicos a situaciones del mundo m undo real como en PISA (2005), que debería ser un referente para cualquier cambio en la evaluación.

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Estos exámenes ponen en marcha un círculo vicioso, que es letal para la implantación de las innovaciones: no se enseña lo nuevo porque no se evalúa… y no se evalúa porque no se enseña. En definitiva, puede afirmarse que las innovaciones que no se integran en los currículos y no se evalúan se ven condenadas al fracaso porque apenas consiguen modificar el resistente núcleo duro propedéutico del currículo real aplicado en las aulas. Y, dado que lo que no se evalúa evalú a no existe para el estudiante, es altamente recomendable que nuestros exámenes incluyan cuestiones procedimentales y CTS como las que se muestran en los ejemplos. Ejemplos de cuestiones sobre procedimientos de la ciencia y relaciones CTS 1. Al realizar la experiencia del péndulo simple se han obtenido los siguientes valores de la longitud y del período de oscilación: l /m /m

T /s /s

1,27

2,30

1,47

2,44

1,67

2,68

1,87

2,76

A partir de los valores anteriores, representa las gráficas l = f(T) y l = f(T2) y determina a partir de esta última el valor de la aceleración de la gravedad. 2. Cita y comenta alguna evidencia experimental que indique: - La naturaleza corpuscular de la luz. - La naturaleza ondulatoria. 3. Señala los científicos que desarrollaron el modelo heliocéntrico y sus principales contribuciones. ¿Contra qué obstáculos tuvieron que combatir? 4. Señala algunas aplicaciones de los satélites artificiales. 5. Valora críticamente las consecuencias del ruido en la vida de los hombres. 6. Sugiere medidas para disminuir el nivel de ruido del centro de estudios. 7. Cuando el político Gladstone le preguntó a Faraday sobre la utilidad de sus trabajos, éste le contestó: «Señor, algún día cobrará impuestos por ellos». Señala las diversas aportaciones de la electricidad y del magnetismo a la vida de la humanidad. 8. Indica las principales aplicaciones de los isótopos radiactivos. 9. La construcción actual de centrales nucleares provoca una gran oposición. Indica las razones.


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Conclusiones Si a la desvalorización social e, incluso, a una imagen negativa de la física añadimos una enseñanza de la misma descontextualizada de la sociedad y del entorno, poco útil y sin temas de actualidad, con pocas experiencias y prácticas de laboratorio y con un elevado número de suspensos, aspectos todos ellos caracterizados en la primera parte de este capítulo, no es de extrañar que los estudiantes huyan de ella. Ante estos problemas, que se han tratado de resumir muy brevemente, las propuestas de solución pasan por mejorar y plantear cambios en la enseñanza de la Física (sin olvidar a las administraciones educativas y editoriales y a los medios de comunicación). El currículo de Física del bachillerato del Ministerio de Educación y Ciencia, con todas las limitaciones que pueda tener, ha incorporado algunos de estos cambios, como acredita la gran presencia de contenidos sobre procedimientos y naturaleza de la ciencia y sobre relaciones CTS, pero estos cambios luego se «diluyen» en los libros de texto usuales y en la PAU. Por todo ello, en el último apartado se ha hecho referencia a libros de texto «diferentes» y artículos con propuestas de actividades innovadoras, y se han realizado propuestas concretas de contenidos (sobre procedimientos de trabajo científico y relaciones CTS) y de evaluación que puedan contribuir a hacer más interesante la Física al alumnado.

ACTIVIDADES 1. En este capítulo se presentan los cuadros 5 (p. 177) y 6 (p.178) en los que se analizan los

contenidos del currículo de Física del bachillerato para todo el Estado español, utilizando un criterio de clasificación que los agrupa en los siguientes contenidos: • Conceptuales. • Relacionados con los los procedimientos y la naturaleza de la ciencia. • CTS. Dado que cada comunidad autónoma amplía estos contenidos al establecer su propio currículo: • Consulta el currículo de tu comunidad para Física del bachillerato. • Completa los cuadros, clasificando los nuevos contenidos incorporados.

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2. Elige un libro de texto de Física y Química de 1.º de bachillerato o de Física de 2.º de bachi-

llerato y analiza las actividades propuestas en una unidad didáctica. Clasifica las actividades que permiten trabajar en clase los contenidos conceptuales, los procedimientos, la naturaleza de la ciencia y los contenidos CTS. 3. A partir de una noticia aparecida en los medios de comunicación, diseña una actividad para

trabajar en el aula atendiendo a las siguientes condiciones: • Debe comenzar por preguntas que permitan establecer relaciones CTS y éstas, a su vez, deben dar ocasión a que el alumno aprenda contenidos propios del currículo cur rículo de Física del bachillerato. • Debe tener, al menos, dos preguntas orientadas hacia contenidos CTS y dos preguntas orientadas hacia contenidos más específicos de Física.

FUENTES Y RECURSOS Los recursos que se aportan a continuación hacen referencia al currículo de Física y también a la didáctica de la física, complementando co mplementando así los que se han dado en e n el volumen Didáctica de la Física y la Química (Caamaño, 2011).

Libros HOLTON, G. (2004). Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas, Barcelona: Reverté. Un texto clásico que utiliza el desarrollo histórico de los conceptos físicos como una forma de iluminar y dar significado a los contenidos físicos que se estudian, intentando presentar la física como parte del proceso intelectual y humanístico de la historia de la cual forma parte. Pone el énfasis en la naturaleza del descubrimiento, el razonamiento y la formación de los conceptos. Este libro dio lugar posteriormente a la elaboración del «Harvard Project Physics», y en nuestro país inspiró el proyecto «Física Faraday». LEMEIGNAN, G. y WEIL-BARAIS, A. (1993). Construir des concepts en physique. París: Hachette. Este libro presenta una serie de aproximaciones didácticas a la enseñanza de algunos conceptos clave de la física: cantidad de movimiento, fuerza y energía. Se presentan ideas para situaciones experimentales, actividades y secuencias didácticas, consejos prácticos y respuestas de los alumnos. PRO, A. de (2003). La enseñanza y el aprendizaje de la física. En M.P. Jiménez-Aleixandre (coord.), Enseñar Ciencias (pp. 175-202). Barcelona: Graó.


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Este capítulo del libro Enseñar Ciencias aporta algunas reflexiones sobre la física que debemos enseñar en la educación secundaria, las dificultades que tienen los estudiantes en su aprendizaje y cómo organizar los contenidos. Al final se presenta un ejemplo de una secuencia didáctica sobre los circuitos eléctricos. RAY, C. y POIZAT, J.C. (2007). La physique par les objects quotidiens. París: Belin. Pour la science. Libro que explica el fundamento físico de una serie de objetos o fenómenos cotidianos, tales como las bombillas de incandescencia, los tubos fluorescentes, el reloj de cuarzo, la televisión, los frigoríficos, las pantallas de cristal líquido, el microondas, el reactor nuclear, etc. Al final de cada sección hay una serie de cuestiones resueltas. Un buen recurso como fuente de lecturas (en francés) de física aplicada. SWINBANK, E. (2000). Salters Horners Advanced Physics, 2 vols.: AS y A2. Londres: Heinemann. Proyecto de física en contexto para el bachillerato inglés (cursos AS y A2) que parte de las aplicaciones y las fronteras de la física para introducir a continuación los conceptos que son necesarios para su comprensión. Este proyecto ha sido adaptado y experimentado en varios centros de Cataluña (Plana y otros, 2005). En el capítulo 2 del libro («La enseñanza y el aprendizaje de la Física y la Química en la ESO y el bachillerato: presentación y análisis de buenas prácticas») se describen el proyecto y los resultados de su experimentación. VIENNOT, L. (ed.) (1996). Razonar en física. La contribución del sentido común. Madrid: Antonio Machado Libros. Si se quiere que la física tenga sentido es preciso poder pode r darse cuenta de que a menudo se aleja del sentido común. Este libro es esencial para quien quiera tratar de comprender por qué los demás no comprenden la física o encontrar más sentido a la física que se enseña. Se abordan ejemplos de óptica, de cinemática, de dinámica y de sonido, y de electrostática y electrocinética. VIENNOT, L. (2002). Enseigner la physique. Bruselas: De Boeck. Este libro pretende reducir la fosa actual ac tual entre la investigación didáctica y las prácticas de los enseñantes de Física. Se presentan cinco secuencias didácticas sobre los temas siguientes: Contacto, fricción y propulsión; Presión en los fluidos; Superposición de campos eléctricos; Superposición de ondas coherentes e imágenes ópticas y Fenómenos del color.

Revistas Alambique. Monografías sobre temas de física.

alambique.grao.com/revistas/presentacion.asp?ID=4 La revista Alambique ha publicado diversos monográficos sobre temas de física: «Energía y sociedad» (24, 2000); «Ondas» (35, 2003); «Nuevos materiales» material es» (59, 2009); «Astronomía en la escuela» (61, 2009); «Comunicación y sonido» (64, 2010).

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Recursos de Física.

www.rrfisica.cat Revista electrónica de física para la enseñanza secundaria publicada por la Societat Catalana de Física en colaboración con la ApFQC, el Departamento de Educación de la Generalitat de Cataluña y la Universidad Politécnica Politéc nica de Cataluña. Se publican propuestas propue stas didácticas y trabajos prácticos para abordar diferentes temas de la física.


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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BOLTZMANN, L. (1986). Escritos de mecánica y termodinámica, Madrid: Alianza. CAAMAÑO, A. (coord.) (2011). Didáctica de la Física y la Química. Vol. II. Barcelona: Graó. CAAMAÑO, A., y otros (2001). El Proyecto Química Salters: un enfoque cie ncia, tecnología, sociedad para la química del bachillerato. bac hillerato. En P. Membiela (ed.), Enseñanza de las ciencias desde la perspectiva Ciencia/Tecnología/Sociedad . Madrid: Narcea. CALATAYUD, M.L., y otros (1995). Física y Química. 1.º de Bachillerato. Barcelona: Octaedro. DUNBAR, R. (1999). El miedo a la ciencia. Madrid: Alianza. FEYNMAN, R. (1967). The Character of Physical Law . Londres: BBC. — (1995). Six Easy Pieces: Essentials of Physics Explained by Its Most Brilliant Teacher . Cambridge (Mass.): Perseus Books. — (1998). Física 1. Mecánica, radiación y calor . Addison Wesley Longman. GIANCOLI, D.C. (2006). Física. Principios y aplicaciones, México: Pearson Education. GUISASOLA, J. (2008). La física en el bachillerato LOE: acatar pero no cumplir. Alambique, 56, 11-20. HEWITT, P. (2004). Física conceptual . México: Pearson Education. HOLTON, G. (2004). Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas, Barcelona: Reverté. LEVY-LEBLOND, J.M. (2002). Conceptos contrarios o el oficio de científico. Barcelona: Tusquets. LOZANO, O., GARCÍA-MOLINA, R. y SOLBES, J. (2007). Cuatro juegos que ilustran la conservación de la energía. Alambique, 54, 115-118. MARTÍN, J. y SOLBES, J. (2001). Diseño y evaluación de una propuesta para la enseñanza del concepto de campo en Física. Enseñanza de las ciencias, 19 (3), 393-404. MATTHEWS, M.R. (1991). Un lugar para la historia y la filosofía en la enseñanza de las Ciencias. Comunicación, Lenguaje y Educación, 11-12, 141-155. OLIVA, J.M. y ACEVEDO, J.A. (2005). La enseñanza de las ciencias en primaria y secundaria hoy. Algunas propuestas de futuro. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 2 (2), 241-250. ROCARD, M., y otros (2007). Science Education Now: A Renewed Pedagogy for the Future of Europe. European Communities: Belgium. Resumen en español: Enseñanza de las Alambiquee, 55, 104ciencias ahora: Una nueva pedagogía para el futuro de Europa, Alambiqu 117, 2008. También disponible en línea en: . PINTÓ, R. (2002). El trabajo experimental con nuevas tecnologías, Aula de Inno Innovaci vación ón Educativa, 113, 33-38. PISA (2005). Ejemplos de ítems de conocimiento científico. Madrid: MEC. Disponible en línea en: .

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PLANA, O., y otros (2005). La Física Salters: un proyecto para la enseñanza contextualizada de la física en el bachillerato. Alambiqu Alambiquee, 46, 93-103. PRO, A. de (2005). Aprendizaje informal de la ciencia. Alambiqu Alambiquee, 43, 5-81. SOLBES, J. y TARÍN, F. (1996). Física 2.º de Bachillerato, Barcelona: Octaedro. — (2008). Which Reaches the Bottom First? The Physics Teacher , 46, 550-551. SOLBES, J. y TRAVER, M. (2003). Against negative image of science: history of science in the physics & chemistry education, Science & Education, 12, 703-717. SOLBES, J. y VILCHES, A. (2004). Papel de la relaciones CTSA en la formación ciudadana, Enseñanza de las Ciencias, 22 (3), 337-348. SOLBES, J., MONTSERRAT, R. y FURIÓ, C. (2007). El desinterés del alumnado hacia el aprendizaje de la ciencia: implicaciones en su enseñanza. Didáctica de las Ciencias Experimentales y Sociales, 21, 91-117. SOLBES, J., RUIZ, J.J. y FURIÓ, C. (2010). Debates y argumentación en las clases de física Alambiquee, 63, 65-76. y química. Alambiqu VÁZQUEZ, A. y MANASSERO, M.A. (2007). Los intereses curriculares en ciencia y tecnología de los estudiantes de secundaria. Palma: Universidad de las Islas Baleares. WEISSKOPF, V.F. (1990). La física en el siglo XX . Madrid: Alianza.

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Real Decreto 1467/2007, de 2 de noviembre, por el que se establece la estructura del bachillerato y se fijan sus enseñanzas mínimas. Boletín Oficial del Estado (06/11/2007), 266, 45381-45477. También disponible en línea en: . [Física y Química: pp. 45445-45448; Física: pp. 4544345445].

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10. LAS CIENCIAS PARA EL MUNDO CONTEMPORÁNEO EN EL BACHILLERATO


• Una materia necesaria • ¿Qué características tiene el currículo currículo de Ciencias para el mundo contemporáneo? • Ideas y propuestas para el desarrollo de las Ciencias para el mundo mundo contemporáneo • Un desarrollo útil para todos • ¿Qué pueden aportar las Ciencias Ciencias para el mundo contemporáneo al alumnado alumnado de diferentes modalidades? • ¿Qué pueden aportar las Ciencias Ciencias para el mundo contemporáneo al alumnado de la modalidad de Ciencias?

Emilio Pedrinaci IES El Majuelo. Gines (Sevilla) El proceso de someter una teoría a la prueba de la experiencia es lo que en la ciencia se llama experimentación y en la vida aprendizaje. (Guy Claxton, Vivir y aprender )

¿Qué características tiene el currículo de Ciencias para el mundo contemporáneo? ¿No resulta redundante con el currículo currícu lo de Física y Química, y el de Biología Biolog ía y Geología de bachillerato? ¿Tiene sentido que sea el mismo para los estudiantes de la modalidad de Ciencias que para los de las modalidades de Artes y Humanidades? ¿Cómo podemos desarrollarlo de modo que resulte interesante y útil para unos y otros? Éstas son algunas de las cuestiones que trataremos en este capítulo. En mayo de 2006 se aprobaba la Ley Orgánica de Educación (LOE), y entre el listado de asignaturas comunes para todas las modalidades de bachillerato aparecía una que esta normativa

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denominaba Ciencias para el mundo contemporáneo (en adelante, CMC). Desde que se aprobara la Constitución, era la primera vez que una ley orgánica incluía una materia de Ciencias entre las asignaturas troncales del bachillerato. Ninguna de las dos anteriores, la Ley Orgánica de Ordenación General del Sistema Educativo (LOGSE) y la Ley Orgánica de Calidad de la Educación (LOCE), lo habían hecho. Se rompía así una tradición tradici ón tan larga como difícil de justificar. ¿Cómo es posible, nos preguntábamos muchos, que la administración educativa considerase que las ciencias no tenían nada relevante que aportar ap ortar a la formación común de la ciudadanía?, ¿cómo entender que entre todas las horas dedicadas a las materias comunes en el bachillerato no hubiese una sola de formación científica? Quizá convenga recordar que la LOE diferencia tres modalidades de bachilleratos (Artes; Ciencias y Tecnología; Humanidades y Ciencias sociales) y establece tres tipos de materias: las comunes (que suponen algo más de la mitad del horario lectivo), las propias de cada modalidad y las optativas.

Una materia necesaria La Comisión Europea de Educación afirma que «el conocimiento científico y tecnológico está llamado a desempeñar un papel cada vez más importante en el debate público, la toma de decisiones y la legislación» (Comisión Europea, 2001), y llama la atención acerca de que el ejercicio de los derechos y deberes de la ciudadanía, cada día con mayor frecuencia, está relacionado con la posesión de ese conocimiento. Por tanto, concluye: «Es necesario mejorar el nivel general de cultura científica en la sociedad». Al expresarse en estos términos, la Comisión Europea de Educación le estaba dando al vocablo «cultura» su significado más ajustado, aunque no sea el que se utiliza con mayor frecuencia. Así, el Diccionario de la Lengua Española, en su 22.ª edición (Real Academia Española, 2001), ofrece cuatro acepciones de «cultura»: 1. Cultivo. 2. Conjunto de conocimientos que permite a alguien desarrollar su juicio crítico. 3. Conjunto de modos de vida y costumbres, conocimientos y grado de desarrollo artístico, científico, industrial, en una época, grupo social, etc. 4. Culto religioso.

Las acepciones primera y cuarta están en desuso, según la RAE. La tercera hace referencia a una dimensión social del término próxima p róxima a lo que a veces se denomina deno mina civilización. De manera que, para la cuestión que nos ocupa, debemos quedarnos con la segunda. Como no puede ser de otro modo, la noción de cuál es ese «conjunto de conocimientos que permite a alguien desarrollar su juicio crítico» ha ido cambiando a lo largo del tiempo. Así lo evidencia Roger Schanck (2004) al recordarnos los requisitos que debían cumplir los estudiantes para ser admitidos en la Universidad de Harvard en 1745:

LAS CIENCIAS PARA EL MUNDO CONTEMPORÁNEO EN EL BACHILLERATO

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Cuando cualquier alumno sea capaz de leer a Tulio, o a un clásico latino ex temporare , y redactar y hablar respetando la auténtica prosa y verso latinos Suo Marte , y declinar declinar a la perfección perfección los paraparadigmas de sustantivos y verbos en lengua griega, entonces podrá ser admitido en la universidad, y ninguno debe solicitar la admisión antes de alcanzar dicha cualificación.

Hubo un tiempo, en efecto, en el que «cultura» era sinónimo de conocimiento de las lenguas y los autores clásicos, pero, atendiendo al significado que ofrece el diccionario de la RAE, ¿se puede hoy «desarrollar un juicio crítico» sin una formación científica básica? Sin esa formación, ¿qué juicio crítico puede tener una persona sobre la conveniencia o no de consumir alimentos transgénicos, o sobre el cierre de las centrales nucleares, o sobre la necesidad de reducir la quema de combustibles fósiles…? Y debe considerarse que se trata de cuestiones que a todos nos afectan como ciudadanos. Si se nos pide que modifiquemos comportamientos o que prescindamos de ciertos productos, debemos estar en condiciones de valorar si las propuestas que se hacen son o no razonables, si están justificadas o, incluso, si se quedan cortas. Existen pocas dudas acerca de que el ejercicio de una ciudadanía responsable demanda en la actualidad disponer de ciertos conocimientos científicos. Circunstancia que aconseja replantarse preguntas como: ¿qué conocimientos mínimos debe poseer una persona para ejercer con plenitud su ciudadanía en este mundo globalizado y tecnológicamente avanzado?, avan zado?, ¿qué formación básica debería tener un estudiante al finalizar el bachillerato, sea cual fuere la modalidad que cursase?, ¿qué conocimientos científicos tendría que incluir? En función de las respuestas que se den a estas preguntas, las materias comunes para el bachillerato serían unas u otras y sus contenidos conteni dos y enfoques irían en una u otra dirección. direcc ión. No resulta fácil responderlas, menos aún alcanzar un acuerdo sobre las respuestas. En cualquier caso, parece claro que esa formación común tendría que contar con conocimientos científicos. Puede debatirse si su porcentaje debe cubrir el 15% de esta formación o si convendría que alcanzase el 25%, pero resultaba injustificable su ausencia total mantenida durante las últimas décadas. En todo caso, las aportaciones que las ciencias hacen a la formación común no se limitan a proporcionar ciertos conceptos, teorías y modelos que ayudan a entender lo que ocurre a nuestro alrededor, sino que también procuran un conjunto de conocimientos instrumentales básicos relacionados, fundamentalmente, con los procedimientos que la ciencia utiliza para generar, contrastar y sustituir esos conceptos, teorías y modelos. Y son precisamente estos conocimientos instrumentales los que a la administración educativa le ha costado entender que sean tales. De manera que ha solido considerar instrumentales sólo los conocimientos relacionados con el lenguaje y las matemáticas. Afortunadamente, algo parece estar cambiando al respecto, la inclusión de las competencias básicas en la educación secundaria obligatoria (ESO), entre las cuales se sitúa la competencia científica, y la incorporación de las Ciencias para el mundo contemporáneo (CMC) a las materias comunes del bachillerato son indicadores de ello.

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¿Qué características tiene el currículo de Ciencias para el mundo contemporáneo? Como es sabido, de acuerdo con la legislación española, la definición de los currículos escolares es una competencia compartida entre la administración central, que elabora los mínimos comunes a todo el Estado, y las administraciones autonómicas. En función de criterios crite rios que no suelen hacerse explícitos, cada gobierno autonómico decide si mantiene en su territorio el currículo que figura en los mínimos, si conserva su estructura pero le añade contenidos que considera propios o necesarios (es lo más frecuente) o si no sólo añade nuevos contenidos, sino que cambia la estructura del currículo. En este trabajo, el análisis parte de las enseñanzas comunes a todo el Estado reguladas por el Real Decreto 1467/2007, de 2 de noviembre, por el que se establece la estructura del bachillerato y se fijan sus enseñanzas mínimas. La primera diferencia que se aprecia entre los currículos de la ESO y los que se han establecido para el bachillerato es que en estos últimos han desaparecido las referencias a las competencias básicas que se hacen en la ESO. Aquí, su definición queda así: «Se entiende por currículo del bachillerato el conjunto de objetivos, contenidos, métodos pedagógicos y criterios de evaluación de estas enseñanzas» (artículo 9). En consecuencia, ni en el currículo de CMC ni en el de ninguna otra materia del bachillerato se alude a las competencias básicas. Afortunadamente, algunas comunidades autónomas, como Cataluña, han corregido esta ausencia. Que las competencias básicas figuren como elemento curricular o que no lo hagan son opciones perfectamente defendibles. Más difícil de justificar resulta, sin embargo, que se hayan incluido en los currículos de la ESO pero no en los de bachillerato. El mensaje que una decisión de este tipo traslada es que el desarrollo de las competencias básicas es algo que no debe preocuparnos, ni ocuparnos, en el bachillerato. No obstante, conviene recordar que la normativa española ha denominado competencias básicas a lo que la Comisión Europea llama competencias clave, y este término nos ayuda a entender que el calificativo de básico no alude a que sean competencias elementales, sino a que deben ser fundamentales. De cualquier manera, tanto una normativa como la otra destacan que son competencias para un aprendizaje a lo largo de la vida (Comisión Europea, 2004; Real Decreto 1467/2007). Suele afirmarse, de manera fundada, que una competencia no es algo que una persona tenga o no, sino que permite muchos grados de desarrollo. En consecuencia, no deberían ser exclusivas de la educación obligatoria. obli gatoria. Si se decidió incluirlas en la ESO, ¿no habría ha bría sido más coherente que, con un nivel de desarrollo mayor, estuvieran presentes también en el bachillerato, como se ha hecho en Cataluña? Cataluñ a? En todo caso veremos que, aunque el currículo de CMC no incluye las competencias como elemento curricular, está pensado para desarro-


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llar la competencia científica probablemente más que ningún otro de los regulados por la normativa que desarrolla la LOE. Como ocurre con los demás currículos del bachillerato, el de CMC consta de cuatro apartados: «Introducción»; «Objetivos»; «Contenidos» y «Criterios de evaluación». Veremos lo más destacable de cada uno de ellos.

Acerca de la introducción Al analizar los currículos no suele prestarse atención a lo que se dice en la introducción. Es un error, porque, aunque no tiene el carácter normativo propio de los objetivos, los contenidos o los criterios de evaluación, en ella suelen ofrecerse una perspectiva de conjunto y algunas claves de interpretación que no encajarían en ningún otro apartado. Así, en el caso que nos ocupa el apartado «Introducción» proporciona los criterios que orientan el currículo de las CMC en dos de sus párrafos. En uno de ellos señala: Los ciudadanos del siglo XXI , inte integra grantes ntes de la den denomi ominada nada sociedad del conocimiento , tie tienen nen el der derech echoo y el deber de poseer una formación científica que les permita actuar como ciudadanos autónomos, críticos y responsables. Para ello es necesario poner al alcance de todos los ciudadanos esa cultura científica imprescindible y buscar elementos comunes en el saber que todos deberíamos compartir. El reto para una sociedad democrática es que la ciudadanía tenga conocimientos suficientes para tomar decisiones reflexivas y fundamentadas sobre temas científico-técnicos de incuestionable trascendencia social y poder partic par ticipa iparr demo democrá crática ticamen mente te en la soci socieda edadd par paraa avanz avanzar ar hac hacia ia un fut futuro uro sost sosteni enible ble par paraa la huma humanid nidad. ad.

Y en otro párrafo sintetiza las finalidades: Todos estos elementos están dirigidos a tratar de lograr tres grandes finalidades: conocer algunos aspectos de los temas científicos actuales objeto de debate con sus implicacione implicacioness pluridisciplinares y ser consciente de las controversias que suscitan; familiarizarse con algunos aspectos de la naturaleza de la ciencia y el uso de los procedimientos más comunes que se utilizan para abordar su conocimiento; y adquirir actitudes de curiosidad, antidogmatismo, tolerancia y tendencia a fundamentar las afirmaciones y las refutaciones. (Real Decreto 1467/2007)

Es, en síntesis, una introducción clara y orientadora que proporciona un marco adecuado para interpretar los elementos curriculares que siguen.

Acerca de los objetivos El texto siguiente recoge los objetivos formulados en el currículo: La enseñanza de las Ciencias para el mundo contemporáneo en el bachillerato tendrá como objetivo el desarrollo de las siguientes capacidades: 1. Conocer el significado cualitativo de algunos conceptos, leyes y teorías, para formarse opiniones fundamentadas fundamentad as sobre cuestiones científicas y tecnológicas, que tengan incidencia en las condiciones de vida personal y global y sean objeto de controversia social y debate público.

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2. Plantearse preguntas sobre cuestiones y problemas científicos de actualidad y tratar de buscar sus propias respuestas, utilizando y seleccionando de forma crítica información proveniente de diversas fuentes. 3. Obtener, analizar y organizar informaciones de contenido científico, utilizar representaciones y modelos, hacer conjeturas, formular hipótesis y realizar reflexiones fundadas que permitan tomar decisiones fundamentadas y comunicarlas a los demás con coherencia, precisión y claridad. 4. Adquirir un conocimiento coherente y crítico de las tecnologías de la información, la comunicación y el ocio presentes en su entorno, propiciando un uso sensato y racional de las mismas para la construcción del conocimiento científico, la elaboración del criterio personal y la mejora del bienestar individual y colectivo. 5. Argumentar, debatir y evaluar propuestas y aplicaciones de los conocimientos científicos de interés social relativos a la salud, el medio ambiente, los materiales, las fuentes de energía, el ocio, etc., para poder valorar las informaciones científicas y tecnológicas de los medios de comunicación de masas y adquirir independencia de criterio. 6. Poner en práctica actitudes y valores sociales como la creatividad, la curiosidad, el antidogmatismo, la reflexión crítica y la sensibilidad ante la vida y el medio ambiente, que son útiles para el avance personal, las relaciones interpersonales y la inserción social. 7. Valorar la contribución de la ciencia y la tecnología a la mejora de la calidad de vida, reconociendo sus aportaciones y sus limitaciones como empresa humana cuyas ideas están en continua evolución y condicionadas al contexto cultural, social y económico en el que se desarrollan. 8. Reconocer en algunos ejemplos concretos la influencia recíproca entre el desarrollo científico y tecnológico y los contextos sociales, políticos, económicos, religiosos, educativos y culturales en que se produce el conocimiento y sus aplicaciones.

De estos objetivos merece destacarse: • La referencia a la aproximación cualitativa que conviene hacer a las teorías y las leyes, incluida en el objetivo 1. En efecto, en esta asignatura deberíamos evitar entrar en detalles científicos complejos, que suelen resultar disuasorios para aquellos estudiantes no especialmente interesados por las ciencias y tampoco ayudan a los que sí lo están, al menos no en un primer acercamiento. Quizá convenga recordar lo que Richard Feynman, premio Nobel de Física, afirma: He pasado algunos años tratando de inventar matemáticas que me permitieran resolver las ecuaciones, pero no llegué a ninguna parte, y entonces decidí que para hacerlo debo com prender primero qué aspecto aproximado va a tener la respuesta. Es difícil explicar esto muy bien, pero tenía que hacerme una idea cualitativa de cómo funciona el fenómeno antes de que pudiera hacerme hacerme una idea cuantitativa. cuantitativa. (Feynman, 2000)

• Sugieren un tratamiento funcional del conocimiento científico teórico. Es decir, un tratamiento en el que la teoría entra en el momento y en la medida medid a en que la situación que debe abordarse lo requiere.


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• Recogen las capacidades fundamentales que integran la competencia científica, que en otro lugar hemos definido como (…) un conjunto integrado de capacidades para utilizar el conocimiento científico a fin de describir, explicar y predecir fenómenos naturales; para comprender los rasgos característicos de la ciencia; para formular e investigar problemas e hipótesis; así como para documentarse, argumentar y tomar decisiones personales y sociales sobre el mundo natural y los cambios que la actividad humana genera en él. (Pedrinaci, 2011)

Se confirma que, a pesar de no hacer referencias a la citada competencia no cabe duda de que el diseñador del currículo la ha tenido bien presente.

Acerca de los contenidos El currículo incluye seis bloques de contenidos. El primero de ellos el los lleva por título «Contenidos comunes» y recoge procedimientos, actitudes y valores relacionados con c on el quehacer científico (ejemplo infra). Con su título, probablemente, se ha pretendido subrayar su carácter transversal . De manera que, a diferencia de los otros bloques de contenidos, éste no tiene sentido trabajarlo de forma autónoma, sino que debe hacerse al tiempo que se abordan los demás (Martín-Díaz, Nieda y Pérez, 2008): 1. Contenidos comunes. • Distinción entre las cuestiones que pueden resolverse mediante respuestas basadas en observaciones y datos científicos y aquellas otras que no pueden solucionarse desde la ciencia. • Búsqueda, comprensión y selección de información científica relevante de diferentes fuentes para dar respuesta a los interrogantes, diferenciando las opiniones de las afirmaciones basadas en datos. • Análisis de problemas científico-tecnológicos de incidencia e interés social, predicción de su evolución y aplicación del de l conocimiento en la búsqueda de soluciones a situaciones concretas. • Disposición a reflexionar científicamente sobre cuestiones de carácter científico y tecnológico para tomar decisiones responsables en contextos personales y sociales. • Reconocimiento de la contribución del conocimiento científico-tecnológico a la comprensión del mundo, a la mejora de las condiciones de vida de las personas y de los seres vivos en general, a la superación de la obviedad, a la liberación de los prejuicios y a la formación del espíritu crítico. • Reconocimiento de las limitaciones y los errores de la ciencia y la tecnología, de algunas aplicaciones perversas y de su dependencia del contexto social y económico, a partir de hechos actuales y de casos relevantes en la historia de la ciencia y la tecnología.

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Los otros bloques son éstos: 2. Nuestro lugar en el universo. Incluye cuestiones relacionadas con nuestros orígenes, que van desde el origen del universo y de la Tierra hasta el origen de la especie humana, pasando por el origen de la vida. 3. Vivir más, vivir mejor . Recoge problemas relacionados relacion ados con la salud, que van desde las enfermedades infecciosas infecciosas o el uso de medicamentos hasta la propuesta de un estilo de vida saludable. También, cuestiones relacionadas con el genoma humano y el extraordinario potencial de uso que se abre con la ingeniería genética, genética, la clonación o las células madre y las cuestiones bioéticas que la utilización de estos conocimientos puede plantear. 4. Hacia una gestión sostenible del planeta. Contiene problemas relacionados con la sobreexplotación de recursos (agua, suelo, etc.) y los impactos que genera, como la desertización o el cambio climático, así como las fuentes de energía y los principios generales necesarios para una gestión sostenible del planeta. Aborda también los riesgos naturales y las catástrofes más frecuentes. 5. Nuevas necesidades, nuevos materiales. Trata problemas como el control de los recursos, el agotamiento de los materiales, la aparición de nuevas necesidades y la respuesta de la ciencia y la tecnología a estas situaciones. 6. La aldea global. De la sociedad de la información a la sociedad del conocimiento. Incluye cuestiones como el almacenamiento y el intercambio de información, la revolución tecnológica de la comunicación y sus repercusiones en la vida cotidiana. Al revisar estos bloques de contenidos se constata algo que ya se apreciaba en la introducción: es una asignatura con características similares a la que en Inglaterra se llamó Science for Public Understanding (Millar (Millar y Hunt, 2006) (y que actualmente se denomina Science in Society ),), en la que los contenidos no guardan la estructura y la definición académica tradicional, sino que su presentación lleva implícita una cierta contextualización contextualización y sugiere un tratamiento en el aula basado en la resolución de problemas. Son contenidos que a su interés científico añaden un indudable interés social , seleccionados de modo que no sólo puedan resultar útiles para aquellos que desean proseguir estudios científicos, sino también para p ara los que se dirigen a las humanidades. La elección de las temáticas integradas en estos bloques es, a mi juicio, excelente. Sólo cabe hacerle una objeción: son excesivas y resulta imposible tratarlas todas, especialmente si quiere atenderse a las finalidades propuestas en la Introducción y se pretende trabajar adecuadamente los procedimientos recogidos en el primer bloque de contenidos. Pero, sobre todo, son excesivos si uno de nuestros objetivos es superar el desafecto que muchos estudiantes sienten hacia las ciencias, o si pretendemos mostrarles que están en condiciones de hacer una aproximación científica a muchos problemas de la vida cotidiana siempre que les dediquen el tiempo y la atención que merecen (Pedrinaci, 2006). Es verdad que una materia de estas características debe ofrecer un currículo flexible, el cual permita adaptarse mejor a los intereses y las expectativas de los estudiantes (entre los que


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los hay no sólo de ciencias, sino también de humanidades) o a las cuestiones de mayor actualidad, y ello sólo es posible si se ofrece un abanico de posibilidades suficientemente amplio entre las que elegir los problemas que trataremos trata remos en el aula. Pero no lo es menos que podría haberse indicado esa opcionalidad, si no explícitamente (una normativa que regula los «mínimos comunes» habría caído en flagrante contradicción diciendo que no hay que trabajarlos todos), sí al menos sugerida, por ejemplo, en los criterios de evaluación.

Acerca de los criterios de evaluación Las normativas oficiales de la última década no suelen mostrar gran coherencia entre los diferentes componentes curriculares. Afortunadamente, en el caso que nos ocupa no ocurre así, sino que el enfoque y los fines presentados en «Introducción» se concretan en «Objetivos», se desarrollan en «Contenidos» y se ofrece de ellos el perfil que se pretende en «Criterios de evaluación». Por ejemplo, el primer criterio señala: 1. Obtener, seleccionar y valorar informaciones sobre distintos temas científicos y tecnológicos de repercusión social y comunicar conclusiones e ideas en distintos soportes a públicos diversos, utilizando eficazmente las tecnologías de la información y comunicación, para formarse opiniones propias argumentadas. Se pretende evaluar la capacidad del alumnado para realizar las distintas fases (información, elaboración, presentación) que comprende la formación de una opinión argumentada sobre las consecuencias sociales de temas científico-tecnológicos como investigación médica y enfermedades de mayor incidencia, el control de los recursos, los nuevos materiales y nuevas tecnologías frente al agotamiento de recursos, las catástrofes naturales, la clonación terapéutica y reproductiva, etc., utilizando con eficacia los nuevos recursos tecnológicos y el lenguaje específico apropiado. (Real Decreto 1467/2007)

Un tratamiento similar puede observarse en los nueve criterios que siguen al reseñado. Sólo tengo una objeción seria que hacerle (más allá de que haya algún solapamiento innecesario, por ejemplo entre el criterio 2 y el 4), que está relacionada con el exceso de contenidos al que acabo de hacer referencia. Si la pretensión del diseñador era presentar un abanico de problemas sociales de base científica susceptibles de ser trabajados, para elegir entre ellos los que cada profesor considere más adecuados a sus circunstancias, debería haber habe r utilizado más la «o» disyuntiva (como hace en el criterio 9) que la «y» copulativa (como hace en la mayoría de los criterios, especialmente en 6, 7 y 8); habría sido una buena forma de sugerir la flexibilidad y la opcionalidad del currículo sin caer en contradicciones legales.

Ideas y propuestas para el desarrollo de las Ciencias para el mundo contemporáneo Una de las cuestiones básicas que debemos plantearnos cuando nos enfrentamos a la programación de una materia como la que nos ocupa es: «¿qué tipo de curso de ciencias podrían encontrar interesante y útil, tanto ahora como en sus vidas de adultos, los estudiantes que

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lo van a seguir?» (Millar y Hunt, 2006). Probablemente no haya una pregunta que pueda resultarnos de mayor utilidad y que nos oriente más que esta en la toma de las decisiones inherentes al diseño de un curso de CMC. Considerando que se trata de una materia común, las CMC deberían resultar útiles tanto al alumnado de ciencias como al que no lo es, y quizá convenga recordar que un porcentaje no menor de los estudiantes que eligen la modalidad de Humanidades Humanidades y Ciencias sociales o la de Artes sienten cierto rechazo hacia la física, la química, la geología o la biología. Y lo sienten en alguna medida porque, como afirma el Informe Rocard (Rocard (Rocard y otros, 2007) al referirse a la enseñanza de las ciencias en Europa, los programas habituales (…) se basan en la presentación de ideas fundamentales, la mayoría de las cuales fueron desarrolladas en el siglo

XIX ,

sin ofrecer suficientes elementos elementos de experimentación experimentación y observación observación y sin mostrar

una suficiente comprensión de sus implicaciones.

Son, en definitiva, temarios demasiado abstractos en los que las teorías, las leyes y los principios científicos se suceden unos a otros sin mostrar su conexión con los problemas para cuya solución se generaron, ni ofrecer las oportunas relaciones con situaciones actuales en las que esos saberes puedan ayudarles a entender mejor cuestiones que les afectan directamente. No es fácil sentirse interesado por un conocimiento del que se desconoce su funcionalidad y, sin embargo, pocos conocimientos tienen mayor utilidad que el científico en la sociedad del siglo XXI. En el apartado anterior he señalado que, afortunadamente, los contenidos propuestos en el currículo de CMC van en la línea correcta. En todo caso, debemos tener en cuenta que la normativa oficial determina los objetivos, los contenidos y los criterios de evaluación pero es el profesorado quien decide qué objetos de estudio se trabajarán y en qué forma se hará, lo que implica decidir no sólo el contexto en que van a ser abordados los contenidos, sino s ino también a cuáles se les dará prioridad, qué secuencia se seguirá y qué materiales didácticos se utilizarán. Para adoptar estas decisiones puede ser útil considerar los criterios que se detallan a continuación. Conviene organizar el curso en torno al tratamiento de problemas de interés científico, personal y social Si, en general, es recomendable que la enseñanza de las ciencias se estructure en torno a problemas que ayuden a contextualizar las teorías presentadas y a mostrar su utilidad, en una materia como las CMC casi resulta obligado hacerlo así. Los problemas que se propongan deben unir a su interés científico un interés social (por ejemplo, ¿se puede prevenir el cáncer?, ¿qué relación hay entre dieta y salud?, ¿es inevitable el cambio climático?, ¿es sostenible nuestro desarrollo?, ¿qué sucederá cuando se agote el petróleo?) o un interés personal o antropocéntrico (por ejemplo, ¿qué nos hizo específicamente humanos?, ¿cuántos años podremos vivir?, ¿estamos solos en el universo?). En todo caso, deben ser problemas que permitan un acercamiento sin necesidad de entrar en detalles científicos complejos, que suelen resultar disuasorios.


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Debe seleccionarse un conjunto de problemas de temática variada pero de número reducido

El volumen de problemas que cumplen los requisitos para poder formar parte de un curso de esta naturaleza es, afortunadamente, afortunadamente , muy alto. Entre ellos, con una u otra formulación, podrían incluirse una parte de las cuestiones que, a juicio de la comunidad científica, concitarán el interés de las próximas décadas y cuyo listado se publicó en la revista Science (Kennedy y Norman, 2005). Se seleccionaron 125 problemas (el número de años que cumplía Science), pero la lista inicial era mucho más extensa. Una búsqueda en la prensa también puede suministrarnos un listado de problemas de interés científico y social susceptibles de ser trabajados en este curso. En todo caso, aunque son muchos los problemas que podrían encajar, la lista de los seleccionados debe ser, de una parte, lo suficientemente reducida reduc ida como para que pueda dedicárseles el tiempo que requieren sin las premuras que suelen generar los habituales programas enciclopédicos o las exigencias de las pruebas de acceso a la universidad; y, de otra, debe ofrecer suficiente diversidad, tanto por los temas objeto de estudio como por los procedimientos que deban ponerse en juego para su tratamiento y resolución. La diversidad temática y procedimental contribuye a la motivación, enriquece la propuesta y ayuda a proporcionar la cultura científica pretendida. Una propuesta, por ejemplo, que reúne la mayor parte de los requisitos es la que hace Andalucía para el currículo de esta materia, al concretar los contenidos comunes a todo el Estado en el tratamiento de ocho grandes cuestiones (Decreto 416/2008): 7. ¿Qué nos hizo específicamente humanos? 8. Células madre, ¿clonación? 9. Salud y enfermedades de nuestro tiempo. 10. ¿Es inevitable el cambio climático? 11. ¿Qué riesgos naturales son los que más nos pueden afectar? 12. La crisis energética y cómo afrontarla. 13. ¿Es sostenible nuestro desarrollo? 14. Nuevos materiales, nuevas perspectivas. Los problemas seleccionados y el tratamiento que se les dé deben procurar el desarrollo de la competencia científica

Así, deberá ofrecerse a los estudiantes ocasiones para que busquen información, valoren su fiabilidad y seleccionen aquella que sea más relevante para la cuestión que se esté tratando; para que utilicen el conocimiento científico en el análisis de los problemas; para que diferencien entre ciencia y seudocienc seudociencia; ia; para que alcancen conclusiones conclusiones basadas en hechos, observaciones observaciones o experiencias; para que construyan una opinión informada y sean capaces de presentarla y, en definitiva, para que desarrollen las capacidades que integran la competencia científica (cuadro 1, en página siguiente) siguiente)..

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Cuadro 1. Dimensiones y capacidades que integran la competencia científica

DIMENSIÓN DE LA COMPETENCIA CAPACIDADES RELACIONADAS En relación con el conocimiento • Utilizar el conocimiento conocimiento científico para describir, explicar y predecir fenófenóde la ciencia menos naturales. • Utilizar el conocimiento científico científico para analizar problemas y adoptar adoptar decisiones en contextos personales y sociales. En relación con la práctica de • Identificar cuestiones científicas, científicas, formular hipótesis y diseñar estrategias para su contrastación. la ciencia • Buscar y seleccionar información relevante relevante para el caso. • Procesar la información. información. Recoger e interpretar interpretar datos cuantitativos cuantitativos y cualitativos. Leer e interpretar gráficos, hacer correlaciones y diferenciar entre correlación y causalidad. • Construir argumentaciones consistentes consistentes y valorar la calidad de un dato. • Alcanzar conclusiones fundadas en hechos, datos, observaciones o experiencias.

• Interesarse por conocer conocer e indagar sobre cuestiones cuestiones científicas y problemas socioambientales. En relación con la naturaleza • Comprender los rasgos característicos característicos de la ciencia y diferenciarla diferenciarla de la seudociencia. de la ciencia y sus relaciones científica en función de su procecon la tecnología y la sociedad • Valorar la calidad de una información científica dencia y de los procedimientos utilizados para generarla. • Entender cómo se elaboran los modelos y las teorías, cuál es su utilidad utilidad y por qué se modifican. • Valorar la influencia social de los productos productos de la ciencia y la tecnología, y debatir sobre cuestiones científicas y tecnológicas de interés social. • Responsabilizarse con la adopción de medidas que eviten el agotamiento de los recursos naturales o el deterioro ambiental y favorezcan un desarrollo sostenible. Fuente: Pedrinaci (2011).

Conviene elaborar un esquema organizativo que proporcione una visión de conjunto y sirva de hoja de ruta

Afirma Pozo (1996) que uno de los cambios de las condiciones en que se desarrolla el trabajo del profesorado ocurridos en las últimas décadas está relacionado con haber dejado de ser la única fuente de información, o casi, pasando a compartir este papel con otras fuentes y medios de comunicación. Si se es la fuente de información básica puede administrarse, regularse y secuenciarse, pero cuando la información afluye desde procedencias diversas nuestra tarea como profesores profesor es debe debe reajustar reajustarse se, especialmente porque se trata de una información que unas veces es confusa, otras engañosa y, casi siempre, fragmentaria. Esta circunstancia, que tiene carácter general, adquiere mayor importancia en una materia como las CMC, en la que los problemas científicos trabajados se eligen entre aquellos que despiertan mayor interés social y, por tanto, tienen más presencia en los medios de comunicación. Así las cosas, nuestra prioridad sobre el tratamiento de la información debe dirigirse, de una parte, a aportar criterios para cribar, analizar y valorar el significado de la información que


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el estudiante ya posee, así como la que recoge de los medios de comunicación; y, de otra, a proporcionar esquemas organizativos globales que ayuden a ubicar dicha información a relacionarla con otras y detectar la que falta (cuadro 2). Cuadro 2. Esquema organizativo para el tratamiento del cambio climático ¿Se está produciendo un cambio climático? Analizarlo y valorar su gravedad exige conocer ¿Qué factores regulan el clima global del planeta?

¿Qué datos hay? y si son o no concluyentes

Si ha habido cambios climáticos en el pasado y qué los ha generado

alguno de ellos para determinar puede informarnos sobre

para comprobar si difieren del actual en

¿Qué está causando el cambio climático? y a partir de todo ello concluir ¿Qué consecuencias se prevén y cómo podemos evitarlas? Fuente: Pedrinaci (2008).

Con todo, la utilidad de un esquema organizativo como éste va más allá de su capacidad para situar la información disponible o detectar la que aún falta, y cubre otras funciones tan importantes como: • Proporcionar una perspectiva de conjunto sobre el problema que va a trabajarse y los principales subproblemas que deberán abordarse. • Ofrecer un itinerario flexible para el tratamiento del problema. • Servir de hoja de ruta que permita tanto al estudiante como al profesor ubicar en dicho esquema general cada una de las actividades que hace, de manera que pueda saberse en qué momento del proceso se encuentra, así como qué parte del recorrido se ha hecho y qué queda por hacer. Un esquema organizativo de este tipo tip o tiene la ventaja añadida de que puede ser elaborado elab orado por los estudiantes como una actividad compartida que alterne el trabajo en pequeño y en gran grupo. Una opción que funciona bien consiste en dividir la actividad en tres tareas sucesivas: 1. Seleccionar las grandes preguntas que deben ser tratadas. 2. Disponerlas de manera jerárquica.

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3. Establecer las oportunas relaciones entre ellas indicando con flechas las secuencias posibles. Por ejemplo, para elaborar el esquema del cuadro 2 (en página anterior), a los estudiantes se les han planteado las cuestiones que figuran en el texto siguiente. Ejemplo de cuestiones planteadas a los estudiantes para que elaboren en grupo un esquema organizativo similar al del cuadro 2 1. Pequeño grupo: 1. Formula todas las preguntas acerca de lo que querrías querrías saber sobre el cambio climático. 2. Además de estas preguntas, ¿hay otras que consideres necesarias para entender si está produciéndose ya y si resulta inevitable? 2. Gran grupo: se seleccionan las preguntas que se consideran más relevantes de las planteadas por los grupos. 3. Pequeño grupo: 3. Entre las preguntas seleccionadas, valora cuáles de ellas deben ser respondidas antes que otras. 4. Escríbelas en el orden en que consideres que deben ser tratadas. Si crees que hay varias que puedan intercambiar su orden, ponlas a la misma altura. 5. Piensa en alguna relación que pueda establecerse entre ellas. Ninguna pregunta debe quedar desconectada. 6. Realiza un esquema que relacione con flechas flechas estas grandes preguntas. 4. Gran grupo: se acuerda el esquema organizativo común común que se utilizará en adelante.

Un desarrollo útil para todos Las propuestas realizadas hasta aquí no han discriminado entre los estudiantes de ciencias y los de las otras modalidades. ¿Quiere esto decir que debe trabajarse lo mismo con unos y otros? No exactamente. Veamos, se trata de una materia común y, en consecuencia, su currículo es idéntico para el alumnado de ciencias y el de humanidades, lo que no significa que deba traba jarsee lo mis jars mismo mo y al mis mismo mo rit ritmo mo con tod todos. os. Nad Nadaa impi impide, de, a mi juic juicio, io, que los pro problem blemas as sele seleccio ccio-nados sean similares (algunos deberían ser idénticos y otros puede que no), pero si en cualquier materia nuestra propuesta de aula debe adaptarse a los conocimientos, los intereses y las características del alumnado, incorporando los necesarios ajustes de un año a otro o de un centro a otro, con más motivo deberá hacerse en el caso que nos ocupa. Así, el tipo de actividades que se realicen, los apoyos que se proporcionen y el ritmo al que se trabaje deben adaptarse a las características característ icas del alumnado al que van dirigidas, de manera que el curso pueda ser útil a todos.

¿Qué puede aportar las Ciencias para el mundo contemporáneo al alumnado de diferentes modalidades? Como se ha indicado, esta materia debe resultar tan útil a los estudiantes del bachillerato de Ciencias y Tecnología como a los de Artes o de Humanidades y Ciencias sociales, pero si


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se justifica como asignatura común es porque puede aportar una formación relevante a los estudiantes de las modalidades no científicas. Así, además de un conjunto de conceptos y teorías científicas imprescindibles para entender aspectos básicos de los problemas trabajados, un curso de esta naturaleza deberá proporcionar a los estudiantes: • Una determinada dete rminada forma de acercarse a los problemas, de analizarlos, de obtener obten er conclusiones. Modo de acercamiento que tiene que ver con la metodología científica, los procedimientos que utiliza y el rigor que lo acompaña. • Criterios que les ayuden a diferenciar entre opiniones personales y conclusiones de una investigación, entre describir e interpretar, entre ciencia y seudociencia… • Capacidad para construir una argumentación sólida con un lenguaje preciso, en la que las ideas vengan avaladas por hechos, observaciones o evidencias que las apoyen, y en la que se establezcan relaciones entre estas ideas expuestas y las conclusiones finales. • Capacidad para leer e interpretar gráficos, para establecer correlaciones entre las variables implicadas o para buscar regularidades y formular preguntas en torno a ellos. Junto a estas es tas capaci c apacidades dades,, las CMC debería d eberíann proporci pr oporcionar onar a los lo s estudiant est udiantes es de d e las la s modamod alidades no científicas el convencimiento de que están en condiciones de acercarse a la compresión de muchas de las grandes cuestiones científicas de interés social, siempre que les dediquen la atención y el tiempo necesario. Porque, como sostiene Osborne (2006): «Es necesario que la gente entienda y considere la ciencia como una forma de saber cosas».

¿Qué pueden aportar las Ciencias para el mundo contemporáneo al alumnado de la modalidad de Ciencias? La enseñanza de las ciencias, en general, debería esforzarse por establecer una relación más explícita con el medio natural y con la sociedad ; debería ser una ciencia menos esclerosada, que mostrase sus bases pero también sus incertidumbres. En una materia como las CMC, el entorno social y natural proporciona los problemas que se trabajan y en él deben contrastarse las conclusiones que se alcancen. Las teorías adquieren un sentido más funcional, se recurre a ellas en la medida en que ayudan a entender el problema o a elaborar una solución. Esto alivia la sobrecarga teórica habitual y recupera el significado original de las teorías y el motivo por el que fueron creadas porque, como ya decía Bachelard (1938), toda teoría ha nacido para dar respuesta a un problema (o a muchos), para situarlo y ayudar a entenderlo. Pero ocurre que con demasiada frecuencia son estudiadas al margen de los problemas para cuya solución se formularon. En síntesis, una formación como la que se propone proporciona a los estudiantes de la modalidad científica: • Una mejor perspectiva de la «ciencia frontera», frente a unos temarios de las materias de modalidad dominados por contenidos, del siglo XIX o no, pero en todo caso más establecidos.

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• Una visión más clara de la utilidad social del conocimiento científico y de la conveniencia de establecer ciertos controles sociales. • Tiempo para analizar problemas científicos y dedicarles la atención que se merecen, sin los condicionantes de los extensos programas de las materias de la modalidad. • Nuevos motivos para interesarse por las ciencias y para hacerse mejores usuarios/ consumidores de la información científica. Es cierto que los contenidos y los enfoques de las CMC serían perfectamente integrables en las tradicionales asignaturas de Ciencias, pero su existencia como materia independiente proporciona una libertad, un tiempo y unos recursos de los que, en caso contrario, se carecería.


¿Es sostenible nuestro consumo energético?

Queremos trabajar con los estudiantes de CMC de 1.º de bachillerato el problema del consumo de energía primaria en España y valorar su sostenibilidad. sostenibilidad. Nuestra intención es diseñar una unidad didáctica sobre esta cuestión. Para ello: • Haz un esquema organizativo (similar al del cuadro 2, en p. 207) que nos proporcione una visión de conjunto y pueda servirnos de hoja de ruta para el desarrollo de la unidad didáctica. • Relaciona cada uno de los principales problemas planteados en el esquema organizativo con los saberes que se trabajarán. Para hacer el esquema organizativo puedes seguir la siguiente secuencia secuencia de tareas: 1. Selecciona las preguntas preguntas clave que deben ser tratadas. 2. Establece las relaciones entre ellas. 3. Disponlas de manera jerárquica (véase el texto de la p. 208).

Actividad 2

¿Trasvases o desaladoras?

Una de las características irrenunciables de un curso de CMC es el tratamiento contextualizado de los contenidos. Así, suelen presentarse utilizando problemas de interés social y contenido científico. Con frecuencia, se trata de problemas abiertos para los que no se dispone de una respuesta que


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pueda hallarse en un libro de ciencias, ciencias, y ésta no suele ser única, única, sino que deben deben explorarse explorarse distintas opciones. Que haya una gama de respuestas posibles no significa, obviamente, que todas tengan la misma validez o estén igualmente fundadas. Uno de los objetivos debe ser mostrar al alumnado que la respuesta que se ofrezca debe estar bien fundada. Queremos organizar un debate en el aula sobre el problema de los trasvases y sus ventajas e inconvenientes con respecto a las desaladoras: • Busca una noticia de la prensa o televisión que consideres consideres adecuada para presentar la cuestión a unos estudiantes de CMC, y señala por qué la consideras adecuada. • Indica cómo organizarías este debate: - Cómo distribuirías el alumnado para que todos pudieran participar. - Qué trabajos previos deberían hacer cada uno. - Cómo plantearías la «puesta en escena». - Qué harías para favorecer la obtención de conclusiones. Las instrucciones que habrán de darse variarán en función de la experiencia previa del alumnado en este tipo de actividades. Para resolver esta tarea, supondremos que el grupo de estudiantes que tenemos no dispone de mucha experiencia en actividades de este tipo. Para seleccionar la noticia quizá quiz á convenga que pienses en un perfil de alumnado de un bachillerato bachille rato no científico.

FUENTES Y RECURSOS

Libros FECYT (2009). Ciencias para el mundo contemporáneo. Aproximaciones didácticas. www.fecyt.es/fecyt Publicación de la Fundación Española de Ciencia y Tecnología con diversas propuestas didácticas para diferentes temas de CMC. Puede descargarse de la sección «Publicaciones» de la página web de la FECYT. Science in Society. 2 vols.: AS (2008) y A2 (2009). Heinemann. www.scienceinsocietyadvanced.org Proyecto de la Nuffield Foundation y de la Universidad de York, publicado en el 2000 como «AS Science for Public Understanding», que pretende desarrollar el conocimiento y las habilidades que los estudiantes de bachillerato necesitan para comprender cómo funciona la ciencia, analizar temas contemporáneos que impliquen la ciencia y la tecnología y comunicar sus apreciaciones científicas y su compresión a otros. La página web ofrece una gran cantidad de actividades y recursos.

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Revista AA.VV. (2006). Ciencias para el mundo contemporáneo. Alambique, 49. Monográfico de la revista Alambique que contiene una serie de propuestas didácticas para trabajar temas de CMC. Contiene un artículo de R. Millar y A. Hunt de presentación del proyecto «AS Science for Public Understanding», titulado «La ciencia divulgativa: una forma diferente de enseñar y aprender ciencias» (pp. 30-42). Y un artículo de V. Albe sobre cómo tratar controversias científicas contemporáneas en clase (pp. 95-104).

Sitios web BEEP (BioEthics Education Project).

www.beep.ac.uk/content/index.php Proyecto didáctico en línea desarrollado por la Universidad de Bristol para abordar las implicaciones éticas, sociales, económicas, ambientales y tecnológicas de la biología. PEEP (Physics & Ethics Education Project).

www.peep.ac.uk/content/621.0.html Proyecto didáctico en línea desarrollado por la Universidad de Bristol para abordar las implicaciones éticas, sociales, económicas, ambientales y tecnológicas de la física.


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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BACHELARD, G. (1938). La formation de l’esprit scientifique. París: Vrin. [Traducción en español: La formación del espíritu científico, México, Siglo XXI, 1983.] BYBEE, R. (1997). Towards an Understanding of Scientific Literacy . En W. Graeber y C. Bolte (eds.). Scientific Literacy . Kiel: IPN. CLAXTON, G. (1987). Vivir y aprender . Madrid: Alianza. COMISIÓN EUROPEA (2001). Futuros objetivos precisos de los sistemas educativos. Bruselas. Consultado (14/12/2010) en: . — (2004). Competencias clave para el aprendizaje permanente. Un marco de referencia europeo. Puesta en práctica del programa de trabajo «Educación y Formación 2010». Bruselas. También disponible en línea en: . KENNEDY, D. y NORMAN, C. (2005). 125 big questions: what we don’t know? Science, 125th anniversary, 309 (5731), pp. 75. Consultado (18/01/2010) (18/ 01/2010) en: . MARTÍN-DÍAZ, M.J., NIEDA, J. y PÉREZ, A. (2008). Las ciencias para el mundo contemporáneo, asignatura común del bachillerato. Alambique, 56, 80-86. MILLAR, R. y HUNT, A. (2006). La ciencia divulgativa: una forma diferente de enseñar y aprender ciencia. Alambique, 49, 20-29. OSBORNE, J. (2006). ¿Qué ciencia necesitan los ciudadanos? En Seminario de primavera: La enseñanza de las ciencias y la evaluación PISA 2006. Fundación Santillana. Consultado (14/12/2009) en: . PEDRINACI, E. (2006). Ciencias para el mundo contemporáneo: ¿Una materia para la participación ciudadana? Alambique, 49, 9-19. — (2008). El cambio climático: algo más que un riesgo. En Ciencias para el mundo contem poráneo. Aproximaciones Aproximaciones didácticas. Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (pp. 157-232). — (coord.) (2011). 12 ideas clave para desarrollar la competencia científica. Barcelona: Graó. POZO, J.I. (1996). Aprendices y maestros. Madrid: Alianza. REAL ACADEMIA ESPAÑOLA (2001), Diccionario de la Lengua Española (22.ª edición). Madrid: Espasa-Calpe. ROCARD, M. y otros (2007). Science Education Now: A Renewed Pedagogy for the Future of Europe. Bruselas. Consultado (15/01/2010) en: . [Versión resumida en español: Alambique, 55 (2008), 104-120.] SCHANCK, R. (2004). ¿Seremos más inteligentes? En J. Brockman (coord.), Los próximos cincuenta años. El conocimiento humano en la primera mitad del siglo XXI. Barcelona: Kairós.

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Normativa legal Decreto 416/2008, de 22 de julio, por el que se establece la ordenación y las enseñanzas correspondientes al Bachillerato en Andalucía. Boletín Oficial de la Junta de Andalucía (28/07/2008), 149. También disponible en línea en: . Ley Orgánica 1/1990, de 3 de octubre, de Ordenación General del Sistema Educativo. Boletín Oficial del Estado (04/10/1990), 238, 28927-28942. También disponible en línea en: . Ley Orgánica 10/2002, de 23 de diciembre, de Calidad de la Educación. Boletín Oficial del Estado (24/12/2002), 307, 45188-45220. También disponible en línea en: . Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo, de Educación. Boletín Oficial del Estado (04/05/2006), 106, 17158-17207. También disponible en línea en: . Real Decreto 1467/2007, de 2 de noviembre, por el que se establece la estructura estruc tura del bachillerato y se fijan sus enseñanzas mínimas. Boletín Oficial del Estado (06/11/2007), 266, 45381-45477. También disponible en línea en: .

Colección Formación del Profesorado. Profesorado. Educación Secundaria Director: César Coll

1. Volúmenes correspondientes al módulo genérico y al prácticum V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III V OL OL. IV

Desarroll o, aprendiza Desarrollo, aprendizaje je y enseñanza en la educación secundari secundariaa Coordinador: César Coll Procesos y contextos educativos: enseñar en las instituciones de educación secundaria Coordinador: Francisco Imbernón Sociología de la educación secundaria Coordinador: Rafael Feito Aprender Apre nder a ense enseñar ñar en la prác práctica tica:: proc proceso esoss de inno innovac vación ión y práct práctica icass de form formació ación n en la educación secundaria Coordinador: Ángel Pérez Gómez

Volúmenes correspondientes al módulo específico 2. Biología y Geología Coordinador: Pedro Cañal V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Biología y Geología. Complementos de formación disciplinar Didáctica de la Biología y la Geología Biología y Geología. Investigación, innovación y buenas prácticas

3. Dibujo: Artes plásticas y visuales Coordinadores: Francisco Esquinas y Mercedes Sánchez V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Dibujo: Artes plásticas y visuales. Complementos de formación disciplinar Didáctica del Dibujo: Artes plásticas y visuales Dibujo: Artes plásticas y visuales. Investigación, innovación y buenas prácticas

4. Educación física Teresa Lleixà Arribas Coordinadores: Carlos González Arévalo y Teresa V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Educación física. Complementos de formación disciplinar Didáctica de la Educación física Educación física. Investigación, innovación y buenas prácticas

5. Física y Química Coordinador: Aureli Caamaño V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Física y Química. Complementos de formación disciplinar Didáctica de la Física y la Química Física y Química. Investigación, innovación y buenas prácticas

6. Filosofía V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Coordinadores: Luis María Cifuentes y José María Gutiérrez Filosofía. Complementos de formación disciplinar Didáctica de la Filosofía Filosofía. Investigación, innovación y buenas prácticas

7. Francés V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Coordinadora: Carmen Guillén Francés. Complementos de formación disciplinar Didáctica del Francés Francés. Investigación, innovación y buenas prácticas

8. Geografía e Historia Coordinador: Joaquim Prats V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Geografía e Historia. Complementos de formación disciplinar Didáctica de la Geografía y la Historia Geografía e Historia. Investigación, innovación y buenas prácticas

9. Inglés V OL OL. I. V OL OL. II V OL OL. III

Coordinadora: Susan House Inglés. Complementos de formación disciplinar Didáctica del Inglés Inglés. Investigación, innovación y buenas prácticas

10. Lengua castellana y Literatura Coordinadora: Uri Ruiz V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Lengua castellana y Literatura. Complementos de formación disciplinar Didáctica de la Lengua castellana y la Literatura Lengua castellana y Literatura. Investigación, innovación y buenas prácticas

11. Llengua catalana i Literatura Coordinadora: Anna Camps V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Llengua catalana i Literatura. Complements Complements de formació f ormació disciplinària Didàctica de la Llengua catalana i la Literatura Llengua catalana i Literatura. Investigació, innovació i bones pràctiques

12. Matemáticas Coordinador: Jesús María Goñi V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Matemáticas. Complementos de formación disciplinar Didáctica de las Matemáticas Matemáticas. Investigación, innovación y buenas prácticas

13. Música V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Coordinadora: Andrea Giráldez Música. Complementos de formación disciplinar Didáctica de la Música Música. Investigación, innovación y buenas prácticas

14. Tecnolog Tecnología ía Coordinador: David Cervera V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Tecnología. Complementos de formación disciplinar Didáctica de la Tecnología Tecnología. Investigación, innovación y buenas prácticas

15. Orientación educativa V OL OL. I V OL OL. II V OL OL. III

Orientación educativa. Modelos Modelos y estrategias de intervención inter vención Coordinadoras: Elena Martín e Isabel Solé Orientación educativa. Atención a la diversidad y educación inclusiva Coordinadoras: Elena Martín y Teresa Teresa Mauri Orientación educativa. Procesos de innovación y mejora de la enseñanza Coordinadores: Elena Martín y Javier Onrubia

Fisica y Quimica. Complementos de Formacion

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