las prÁcticas experimentales en los textos y su …
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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BARCELONA
DOCTORADO EN DIDACTICA DE LAS MATEMATICAS Y LAS CIENCIAS
EXPERIMENTALES
LAS PRÁCTICAS EXPERIMENTALES EN LOS TEXTOS Y SU
INFLUENCIA EN EL APRENDIZAJE
Aporte Histórico y filosófico en la física de campos
TESIS DOCTORAL Para optar al titulo de
Doctor en Didáctica de las Ciencias Experimentales
EDWIN GERMAN GARCIA ARTEAGA Autor
MERCÈ IZQUIERDO AYMERICH Directora
Barcelona. Abril de 2011
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Un curso de laboratorio en el que todos los experimentos funcionaran sin
problemas sería buena tecnología, pero no enseñaría nada de la
experimentación.
Ian Hacking
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AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer a la profesora Mercè Izquierdo por su invaluable apoyo en el proceso y
elaboración de la tesis. A mi esposa Martha (pichichi) y mis hijos Andreita, Andresito y
Davinchi que son un motor fundamental en mi vida y me apoyaron muchísimo. A mis
padres que me animan constantemente en todos mis proyectos, mis herman@s y espos@s
por el ánimo constante, lo mismo que tod@s mis sobrin@s, por parte de las dos familias.
Agradecer a Mª. M. Ayala por su invaluable influencia en mi proceso de formación; Las
charlas frecuentes en su casa, la lectura paciente, el acompañamiento constante, los
consejos oportunos y el estilo profundo de sus preguntas
Agradecer a mis compañeros en Barcelona, José Omar, quien mi brindó su apoyo
desinteresado y fue un verdadero amigo durante mi primera estancia, seguido de Patricia,
Ainoa, Natasha, Lizeth, German, Maritza, Alejandro y Teresa. En la segunda generación,
Carlos, Martha, Francisco, Carla y Josvell. Y los de la tercera generación, Martha Pérez,
Víctor, Myriam, Anama, Giselle, Cecilia. De todos me llevo los mejores recuerdos y los
aportes que de una u otra manera me brindaron durante mi paso por Bellaterra.
A profesores que me brindaron parte de su conocimiento y me permitieron compartir con
ellos; Agustí Nieto y Xavi Roque en el seminario de Historia de las Ciencias (CEHIC), Ana
Estany y David Casacuberta en el seminario de Filosofía de la Mente, Josep Bonil en el
seminario sobre Complejidad y el grupo de LIEC. A las profesoras Lourdes Figueras,
Mariona espinet, Digna Couso, Nuria Planas, Nuria Gorgorio y Roser Pinto por su amistad
y enseñanzas.
Finalmente a los amigos de barrio que siempre estuvieron presentes; Sole y Paco, Mery
Cruz y Mario, Marina, Martha Zúñiga y Diego, Begonya y Benjamin. ¡Gracias por todo!
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CONTENIDO
INTRODUCCION 10 1. JUSTIFICACIÓN: ¿Qué física enseñar? 13
1.1 Formación Disciplinar y Formación Pedagógica 13 1.1.1 Situación actual 13
1.1.2 Tensión Disciplina vs. Pedagogía 15
2. ANTECEDENTES: ¿Qué significa saber física? 19 2.1 Sobre los Contenidos en la Enseñanza de la Física 19
2.1.1 El problema de los contenidos 17
2.1.2 ¿Qué significa saber física? 22
2.2 Enseñanza del Electromagnetismo 25 2.2.1 Los contenidos del electromagnetismo 25
- El caso de la Electrostática 27
2.2.2 Propuestas alternativas 30
- Resolución de problemas 31
- Modelos mentales y psicología cognitiva 32
- Deficiencias histórico – epistemológicas 35
- Construcción de significados 37
2.3 Uso de la Historia en la Enseñanza de las Ciencias 39 3. PROBLEMA DE INVESTIGACION 45
3.1 Formulación del Problema 45 3.2 Objetivos 46
4. MARCO TEORICO: Filosofía, Historia y Enseñanza de las Ciencias 47 4.1 Filosofía de la Ciencia y Didáctica de las Ciencias 47 4.1.1 La Naturaleza Positiva de la Ciencia 49 - La realidad del hecho científico 50
- El pensamiento inductivo 52
- La unidad del método en la investigación científica 54
- El papel demostrativo del experimento 55
7
- La justificación sobre el descubrimiento 56
4.1.2 Aportes de la Filosofía Historicista de la Ciencia 58 - La naturaleza de la actividad científica 58
- Los sistemas de representación 58
- La construcción del Hecho Científico 62
- El papel fenomenológico de la experimentación 65
- La actividad científica como actividad cultural 72
4.1.3 Historia y Enseñanza de las ciencias 73
- La Historia Positivista del Conocimiento 74 - Concepción Positivista y Didactica de las ciencias 78
- Filosofia Historicista del conocimiento 79
- La Historia de la Ciencia como Actividad Humana 82
- Importancia de los Textos Originales en la Didáctica 84
- Recontextualización del Conocimiento Científico 86
4.1.4 Importancia Histórica del Electromagnetismo 90 4.2. Retórica y Didáctica de las ciencias 91 4.2.1 Los Modos de Observar la Realidad en la
Enseñanza de las Ciencias 93
- Lenguaje y comunicación 95
- Construcción significativa de la experiencia 97 4.2.2 Retórica en los libros de texto 99 - La función de los libros de texto 99
- Retórica y enseñanza de la física 102
5. METODOLOGIA 106 5.1 Contexto de la investigación 106
5.2 Descripción del proceso 108
5.3 Referentes metodológicos 109
8
5.3.1. Episodios históricos 109 5.3.2. La narrativa experimental 111 5.3.3. Las explicaciones de los estudiantes 112
5.4 Instrumentos para recogida de datos 112
5.4.1 Episodios históricos 113
5.4.2 Eventos en Libros de Texto 114
5.4.3 Estructura del texto 115
- Mapas conceptuales 116
- Redes sistémicas 117
5.4.4 Cuestionarios a Estudiantes 117
6. RECOGIDA DE DATOS 119 6.1. Episodios Históricos sobre la Electrificación 119
- Acción a distancia vs. Acción del campo 120
6.1.1 El comportamiento de los materiales 122
6.1.2 Producción y acumulación 131
6.1.3 Formas de comunicación: Influencia y Conducción 135
6.1.4 La electricidad dual: Atracción y Repulsión 144
6.1.5 Inducción y Polarización eléctrica 153
6.1.6 Conservación y Cuantificación 163
6.2 Libros de Texto 172 6.2.1 Datos Libro 1 177
6.2.2 Datos Libro 2 180
6.2.3 Datos Libro 3 183
6.3 Explicaciones de los Estudiantes 186 6.3.1 Pregunta 1 186
6.3.2 Pregunta 2 187
6.3.3 Pregunta 3 187
6.3.4 Pregunta 4 189
6.3.5 Pregunta 5 191
9
7. ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS 193 7.1 De los Episodios Históricos 193 7.2 De la Estructura Retórica de los Libros de Texto 198
7.3 De las Explicaciones de los Estudiantes 220 7.4 Relaciones identificadas entre las Explicaciones de los Estudiantes, Libros de Texto y el Análsis Histórico 237
7.5 Elementos para la Propuesta de Contenidos 248 7.5.1 Sobre la propuesta 248 7.5.2 Organización y secuencia de actividades 253 7.5.3 Cuadro comparativo de contenidos 287
8. CONCLUSIONES DE LA INVESTIGACION 292 8.1 Sobre episodios históricos 292 8.2 Sobre la retórica de los libros de texto 294
8.3 Sobre las explicaciones de los estudiantes 297
8.4 Sobre la teoría de campos y los libros de texto 299
8.5 Sobre la propuesta didáctica 301 8.6 Sobre el proceso metodológico 302
9. PROSPECTIVAS 304 BIBLIOGRAFIA 305 TABLAS Y FIGURAS 319 ANEXOS 320
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INTRODUCCION
La utilización de la historia y filosofía de la ciencia como recurso didáctico en la enseñanza
de las ciencias se hace cada vez más evidente, por lo menos en lo que a programas de
formación de docentes se refiere. Sin embargo los libros de texto que son utilizados como
recurso fundamental en la enseñanza de la física general no parecen sufrir, en sus
contenidos, modificaciones significativas en esta dirección.
Los estudiantes en formación inicial docente, adquieren una formación y una manera de
aprender la física que les permite resolver ejercicios y problemas de los libros de texto que
utilizan; pero evidencian dificultades al explicar situaciones relacionadas con los
fenómenos estudiados, dificultades que ponen en evidencia, además, un desconocimiento
del desarrollo histórico y problemático del objeto de estudio.
Es por eso que el objetivo de este trabajo es identificar en los textos de física general la
estructura retórica presente, en cuanto a la presentación de los contenidos y los aportes de
la historia y filosofía de la ciencia, particularmente en lo que tiene que ver con las prácticas
experimentales; establecer relaciones con las explicaciones de los estudiantes y poner en
evidencia la necesidad de avanzar en propuestas alternativas de organización de los
contenidos en la enseñanza de la física.
El trabajo se inscribe en el marco general de la problemática relacionada con la enseñanza
de las ciencias, en particular con la enseñanza de la física a nivel de la formación inicial
docente. Centra la atención en dos actores fundamentales del sistema didáctico; estudiantes
y contenido, en el marco de los aportes de la historia y filosofía de la ciencia. Se considera
la relación existente entre los “modos” de explicación de los estudiantes y la que brindan
los libros de física con los que se estudia, en torno a los fundamentos de la teoría de
campos. Tomamos como campo de estudio el electromagnetismo, dada la importancia de su
aprendizaje para la sociedad actual. Sin embargo, para este trabajo nos limitamos solamente
11
a la electrostática, dada la dimensión y complejidad de la misma.
El trabajo corresponde a una investigación cualitativa de carácter interpretativo, en la que
se consideraron varios tipos de recursos físicos y humanos: Documentos y textos científicos
originales, documentos de historiadores, filósofos y didactas de las ciencias y estudiantes en
formación inicial docente. Como instrumentos para recoger y valorar información se
utilizaron: cuestionarios con preguntas abiertas y cerradas, redes sistémicas, mapas
conceptuales para estudiar la estructura del contenido de libros de texto y análisis histórico
– crítico de libros y documentos originales.
Como aspectos que orientan la investigación se tienen en cuenta los siguientes:
1) Análisis histórico-crítico de textos y documentos de los científicos que aportaron al
desarrollo del fenómeno eléctrico en la perspectiva de campos,
2) Análisis de la estructura retórica de los textos de física general, particularmente la
manera como presentan los contenidos de la teoría de campos.
3) Análisis de las formas de explicación de de los estudiantes en formación inicial docente,
esto es, si consideran o no aspectos fundamentales de la teoría de campos.
4) La recontextualización didáctica de las prácticas experimentales y saberes históricos que
recoge el análisis histórico – filosófico.
5) Aportar elementos para una didáctica alterna de presentación de contenidos a nivel de la
física general en la perspectiva de la teoría de campos.
Para llevar a cabo este propósito, se seleccionó un grupo de estudiantes del programa de
Licenciatura en Ciencias Naturales y Educación Ambiental de la Universidad del Valle
12
(Cali), que habían superado los cursos de física fundamental y también los libros de física
general más utilizados en las clases.
Se espera con este trabajo investigativo promover la importancia del diseño, organización y
elaboración de contenidos con enfoques alternos para la enseñanza de la física, basados en
la construcción significativa del conocimiento.
13
1. JUSTIFICACION: ¿qUé FISICA ENSEñAR?
1.1 Formación Disciplinar y formación pedagógica
1.1.1 La Situación Actual
La preocupación de los investigadores en didáctica de las ciencias ha estado orientada,
entre otros aspectos, a la trasformación de las relaciones entre enseñanza y aprendizaje, en
los distintos niveles del sistema educativo, aunque con mayor tendencia en la educación
básica y media. A nivel de la formación inicial docente, son pocos los estudios que se han
hecho sobre la relación entre la formación disciplinar y la formación pedagógica
(Campanario 2002). Particularmente en física, en muchas universidades se suele considerar
que la formación disciplinar es competencia directa de las facultades de ciencias y que las
facultades de educación deben ocuparse únicamente de la formación didáctica y
pedagógica. El problema se presenta cuando se evidencia que estudiantes en formación
docente, e incluso docentes en ejercicio, presentan dificultades conceptuales con la física
que aprenden, dificultad que tiene consecuencias directas con la enseñanza de la física que
van a impartir posteriormente en el ejercicio de su carrera profesional.
Una situación que se presenta actualmente en los programas de formación docente en
ciencias naturales, particularmente en la Universidad del Valle1
1 Tensión que se presenta en la Universidad del Valle, pero también en programas de formación de otras universidades del país (Colombia), pero más evidente en aquellas que tienen facultad de ciencias y facultad de educación.
, es la tensión que existe
entre la formación estrictamente disciplinar por un lado y la formación pedagógica por el
otro. Ambas parecen excluirse mutuamente. Hasta hace unas décadas la discusión hacia
énfasis en que era más importante el contenido disciplinar, ya que, para algunos autores la
formación pedagógica se puede obtener después, pues un conocimiento adecuado de lo que
ha de ser enseñado es garantía de una buena enseñanza, “quien sabe física, sabe enseñar
14
física”. Pero las investigaciones posteriores demostraron que esto no es del todo cierto y
que era necesario hacer énfasis en los problemas de la enseñanza ya que no basta con
saber, se requiere conocer la didáctica necesaria para una buena enseñanza, pero esto
tampoco ha dado resultados favorables si no se comprende la disciplina. Esta tensión entre
lo disciplinar y lo pedagógico resulta conflictiva en los procesos de formación a tal punto
que llega a generar serios problemas de identidad profesional en el futuro docente (Ayala
2004)
El documento presentado para acreditación ante el CNA (Comité Nacional de
Acreditación) del programa de Licenciatura en Ciencias Naturales y Educación Ambiental,
del Instituto de Educación y Pedagogía de la Universidad del Valle, en el año 2001 hace
énfasis en 4 campos de la propuesta académica del programa: el conocimiento científico, el
conocimiento pedagógico, el conocimiento didáctico y el conocimiento socio ambiental. El
conocimiento científico se expresa en disciplinas que son química, biología, física y
matemáticas y sus componentes. Por su parte el conocimiento pedagógico se ofrece en
términos de contextos educativos, pedagógicos y curriculares. El conocimiento didáctico se
establece en torno a la informática, los videos, la producción de textos y materiales y la
historia y enseñanza de las ciencias y, finalmente, el conocimiento socio ambiental se
expresa en historia, cultura del paisaje y problemas ambientales. Más o menos y a grandes
rasgos en este marco se encuentra el diseño curricular del programa.
En este documento, el campo científico se refiere al conocimiento estrictamente disciplinar
para el aprendizaje de los contenidos de las ciencias naturales, cursos que se ofrecen por
parte de la facultad de Ciencias y dictado por profesores de ciencias: físicos, químicos o
biólogos. Por su parte lo pedagógico, lo didáctico y lo socio ambiental es ofrecido por la
facultad de Educación por parte de profesores con formación pedagógica. Existen electivas;
llamadas profesionales y complementarias, que son opcionales por parte de los estudiantes,
pero que los obliga a tomar un mínimo de créditos en ellas, las electivas profesionales
suelen ser ofrecidas por el área de Educación en Ciencias del IEP y las complementarias
15
por cualquier facultad de la universidad. Esta separación entre los contenidos de las
ciencias y los contenidos de la pedagogía y la didáctica han terminado por afectar la
formación del docente.
1.1.2 Tensión Disciplina vs. Pedagogía
Para determinar los motivos que generan la tensión entre la formación disciplinar por un
lado y la formación pedagógica por otro, es necesario revisar estos dos conceptos de forma
independiente y su incidencia en la formación docente.
La facultad de ciencias es la encargada de la formación disciplinar en ciencias naturales. Es
allí donde se seleccionan los contenidos que deben ser enseñados, incluyendo los cursos
fundamentales o generales. Al revisar los programas de estos cursos se encuentra que tienen
el mismo contenido sin importar si se ofrece a biólogos, físicos, ingenieros o docentes. Es
claro que la formación disciplinar es importante, pero la pregunta que nos hacemos, junto
con J. S Ridgen (1986) es; ¿Acaso la formación en ciencias que necesita un futuro docente
debe ser la misma que un estudiante de física, química o ingeniería? Al respecto Ridgen, en
un artículo publicado en el editorial del American Journal of Physics en agosto de 1986,
llama la atención en que:
“Un profesor de física requiere una sólida formación en esta disciplina, pero
decididamente diferente a la que se le da a un físico, y no por que sea de menor calidad
sino por que ha de formarse para desarrollar un trabajo de intervención cultural”
Y más adelante afirma que:
“El problema de la educación son los procesos cognitivos, que no es la preocupación
central de los físicos”.
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El articulo sugiere que la formación disciplinar del físico y del licenciado en física deben
ser diferentes, ya que sus campos profesionales son también diferentes.
Para establecer con criterio la formación que requiere un docente en el campo de las
Ciencias Naturales es necesario preguntarnos ¿Qué se espera de un Licenciado en Ciencias
Naturales? y ¿Para qué tipo de sociedad pretendemos formarlo? En el informe titulado
“Ciencia y Tecnología para una sociedad abierta” presentado por el departamento de
Ciencia y Tecnología de Colombia COLCIENCIAS (Bogotá 1990) se hace especial énfasis
en:
“Lograr que la ciencia se arraigue en nuestra cultura. Una cultura científica asumida por
amplios sectores de la población es pues, condición de posibilidad de actividad científica
en nuestro país”
Gran parte de esta responsabilidad de llevar la ciencia a la población la tienen los
profesores de ciencias. Para adquirir una cultura científica es necesario una formación
disciplinar que tenga en cuenta las problemáticas y necesidades propias de la sociedad en
cuanto a ciencia y tecnología se refiere, de tal manera que sean objeto de estudio, debate y
apropiación por parte de los futuros docentes.
En el mismo informe, en “Estructura Científica, Desarrollo Tecnológico y Entorno Social”
del Departamento de Planeación Nacional: Misión de Ciencia y Tecnología (Bogotá 1990)
se sugiriere:
“Cambiar la relación que los individuos y colectividades mantienen con el conocimiento”.
El contexto actual de globalización e internacionalización de la economía, exige por parte
de los países emergentes una reorientación de las políticas en cuanto a ciencia y tecnología
se refiere. Acercar más la ciencia y la tecnología a la cultura de base es importante para
17
apropiar conocimientos que se puedan revertir en mejor calidad de vida. Cambiar la
relación con el conocimiento implica cambiar costumbres arraigadas en la apropiación
misma de los contenidos de las ciencias por parte de los futuros docentes. Deben ser
contenidos que tengan una importancia desde el punto de vista social y cultural en el
desarrollo de los pueblos. A este respecto es importante tener presente las palabras de
Guidoni, Arca y Mazzoli (1990) en su libro Enseñar Ciencias, que:
“Nada se puede transferir a una cultura sin que sea transformado por ella”
Esto es, para el caso de los profesores de ciencias, que puedan apropiar las problemáticas
fundamentales del conocimiento científico y de la actividad científica para llevarlos a la
comunidad educativa y fomentar su transformación como mediador cultural que es entre
estos dos contextos. Es necesario entonces, reorientar la formación del maestro hacia una
visión disciplinar que le permita diseñar procesos de intervención y transformación social a
través del conocimiento científico. Pero ello no es suficiente si solamente se atiende el
conocimiento a partir de sus contenidos internos programáticos, expresados en forma de
conceptos, leyes, teoría y modelos de pensamiento; es necesario avanzar (como se hace en
otros países) hacia el conocimiento que implique los factores de intervención y
transformación, los estilos de investigación y criterios de validación que hay en los
procesos de construcción de conocimiento científico. Estos nuevos enfoques poco a poco
han venido haciendo parte de los programas de formación docente y lo diferencian
claramente del conocimiento de la disciplina. Retomando aportes fundamentalmente de la
historia y filosofía de las ciencias, es posible la ciencia como una actividad humana y
cultual, más que el producto de la actividad misma. En este sentido, entonces es necesario y
urgente preparar al futuro docente en una formación didáctica que tenga en cuenta estos
aspectos y lo fortalezca en el conocimiento de y sobre la disciplina (Duschl 1997)(Duit
2006). Ahora bien, como esta orientación no suele hacer parte de los programas que ofrecen
las facultades de ciencias, ya que no es objeto de su interés, entonces corresponde a los
didáctas de la ciencia, avanzar en estrategia que posibiliten la inclusión de los aspectos
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culturales de la actividad científica en la construcción del conocimiento científico.
Establecer criterios de selección de contenidos que establezcan relación entre ellas, ya que
encontramos que no es posible considerar solamente el conocimiento sobre la disciplina sin
que se afecte el conocimiento de la disciplina, las dos se necesitan y se complementan.
19
2. ANTECEDENTES: ¿qUé SIGNIFICA SABER FISICA?
Para esta parte del proceso se tienen en cuenta tres aspectos relevantes, integrados entre sí;
el primero tiene que ver con la preocupación por los contenidos que orientan las propuestas
de enseñanza de las ciencias, particularmente de física. El segundo resalta las propuestas de
enseñanza del electromagnetismo hacia visiones alternas fundamentadas en el
constructivismo, y el tercero, la manera como se incorpora la historia y la filosofía de la
ciencia en las propuestas de enseñanza de las ciencias.
2.1 Sobre los Contenidos en la Enseñanza de la Fisica
En principio debemos reconocer que en la didáctica de las ciencias existen tres actores
fundamentales; los profesores que enseñan, los alumnos que aprenden y los contenidos que
se transmiten (Izquierdo 2005). Usualmente las investigaciones en didáctica de las ciencias
han hecho énfasis en los dos primeros, permaneciendo el tercero inalterado. Veamos por
que.
2.1.1 El Problema de los Contenidos
Según Ayala (2004) las investigaciones en enseñanza de las ciencias en las ultimas tres
décadas han puesto de manifiesto la complejidad de la problemática involucrada en
aspectos tales como: 1) análisis histórico, epistemológico y sociológico de las disciplinas
científicas, 2) análisis de los procesos cognitivos y comunicativos en la enseñanza-
aprendizaje y 3) análisis de las procesos y dinámicas culturales involucrados en la difusión,
apropiación y reconstrucción de saberes científicos. Sin embargo, reconoce que los
llamados contenidos disciplinares a partir de los cuales los maestros aprenden en su proceso
de formación profesional han sufrido muy poca transformación. Admite que si bien se ha
fortalecido la investigación sobre los aspectos pedagógicos en la formación docente,
incorporando incluso aportes nuevos de la historia, filosofía y sociología de la ciencia, se ha
20
dejado la formación en ciencias como tal, pues los “contenidos” a enseñar no varían
sustancialmente en los cursos de física. En este sentido afirma que:
“La formación en física de los profesores de física se resiste a transformarse”.
Por su parte Izquierdo (2005) afirma que las investigaciones en didáctica de las ciencias
suelen centrar la atención en el aprendizaje de los estudiantes y en la enseñanza de los
profesores pero muy poco en los contenidos mismos. Parece que los contenidos a ser
enseñados son aquellos que por tradición los libros de texto y algunos currículos oficiales
presentan; en este sentido la didáctica solamente se ocuparía del cómo enseñar, dejando de
lado la pregunta ¿Qué enseñar? y reconocer entonces, que la selección de los contenidos a
ser enseñados es un problema, es un paso fundamental para los investigadores, ya que
implica un conocimiento de la disciplina en forma integral; su historia y filosofía, los
procesos de formalización, los usos sociales y las aplicaciones tecnológicas y no
únicamente los conceptos como definiciones y aplicaciones matemáticas. Al respecto dice
Izquierdo (2005), retomando a Rue (2002):
“Uno de los problemas propios de la didáctica de las ciencias (DC) es cómo seleccionar
adecuadamente lo que se van a enseñar para que los alumnos puedan aprenderlo. Aceptar
que esto es un problema significa también aceptar que los “contenidos” de la enseñanza
no están prefijados y que pueden cambiarse en función de los objetivos de aprendizaje que
se hayan establecido” .
Para la didáctica de las ciencias es importante estar en capacidad de fundamentar nuevos
currículos, lo cual implica una revisión profunda de los contenidos a ser enseñados (Pro y
Saura 2001). Estos no se pueden considerar aislados del problema de la enseñanza, sino
que, por el contrario, deben estar en función de los objetivos del aprendizaje y por lo tanto
deben responder a las necesidades e intereses de los alumnos y profesores; si la ciencia se
considera como una actividad humana entonces los contenidos cambian y se hacen más
21
dinámicos. Establecer la importancia de los contenidos implica entonces reconocerlos como
actor relevante del sistema didáctico desde una reflexión filosófica que los oriente, un
modelo de ciencia que los incluya y una teoría que los dimensione.
R. Hilborn (1988) profesor de física de la Universidad de Karlsruhe, considera que parte del
problema está en creer que ofrecer cronológicamente los contenidos es garantía de
aprendizaje; no se puede ver relatividad sin haber visto electromagnetismo, y éste sin haber
visto ondas, y éstas sin haber visto mecánica y así sucesivamente hacia atrás en el tiempo.
El problema según Hilborn es que el creciente desarrollo de las ciencias, particularmente en
el siglo XX ha llevado a quienes la divulgan a separar el producto del conocimiento de sus
procesos de elaboración y el modelo de enseñanza tradicional se basa precisamente en
enseñar los productos de la ciencia. “Los contenidos” son recogidos, en los programas de
enseñanza, a través de conceptos (definiciones) leyes y teorías fundamentales en forma
lineal. Por ejemplo, aprender mecánica (en física) implica saber conceptos como espacio,
tiempo, velocidad y aceleración y su mutua relación en la resolución de ejercicios
matemáticos y de razonamiento lógico en situaciones propias de movimiento uniforme,
variado circular, parabólico,…y luego, tener destreza para realizar algunos experimentos
con el fin de demostrar la verdad de las leyes propuestas (presentación tradicional). Este
carácter lineal lleva incluso a que un profesor pueda ser cuestionado si no cubre la totalidad
de los contenidos a enseñar en el orden establecido. Por el contrario, Hilborn (1988)
sostiene que:
“Es necesario cambiar el esquema para hacer posible la elaboración de nuevas
selecciones y estructuraciones de los contenidos de la física a enseñar”.
Seguir un orden lineal y secuencial de los contenidos no implica llegar a saber la disciplina,
lo importante está en como se estructura dicho contenido (Holton y Roller 1963). Se puede
iniciar con cursos donde se aborden simultáneamente aspectos de la mecánica clásica y
también de la relatividad; el propio Hilborn (1988) propone el diseño de cursos
22
introductorios de física, donde se parte del estudio de la óptica y no de la mecánica como
tradicionalmente se hace. Esto es posible siempre y cuando rompamos con las tendencias
cronológicas y avancemos hacia estructuraciones que involucren aspectos fundamentales
del conocimiento científico y de la actividad científica como tal. En este sentido Hilborn
propone mostrar el carácter dinámico de la física destacando preguntas, métodos y
respuestas que los físicos y pensadores se han planteado sobre los fenómenos físicos a lo
largo de la historia.
En la universidad de Washington la profesora Lilian Mcdermott (2002) con su grupo tiene
varios proyectos curriculares: uno denominado Phisics by Inquiry (1996), otro, Tutorials in
Introductory physics (2002). En estos proyectos se destacan aspectos que rompen los
esquemas de la enseñanza usual de la física, por ejemplo se avanza en la forma de
involucrar a los estudiantes en procesos de construcción de modelos cualitativos y de
aplicación de estos modelos para predecir y explicar fenómenos del mundo real, se da
importancia a que los estudiantes realicen prácticas en las que interprete el formalismo
físico y se relacione con el mundo real.
Se establece así una preocupación creciente por el tema de los contenidos en la enseñanza
de las ciencias, pues al contrario de quienes los consideraban inmodificables, se ha pasado a
una revisión de sus fundamentos y pertinencia en la enseñanza. En esta tesis se recoge una
propuesta de enseñanza de la física, particularmente de introducción al electromagnetismo,
desde una perspectiva alterna de presentación de los contenidos.
2.1.2 ¿Qué Significa Saber Física?
De acuerdo con la tensión expresada atrás, en torno a las propuestas de formación de
maestros, se hace evidente una doble exigencia; tener una buena formación en física y una
buena formación en pedagogía y didáctica. La pregunta objeto de reflexión es: ¿Qué
significa entonces tener buena formación en física? En este sentido, para las investigaciones
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en didáctica de las ciencias se hacen relevantes preguntas como: ¿Qué es la ciencia? ¿Qué
significa hoy en día saber física? y ¿Qué dificultades presenta su enseñanza usual? Las
respuestas a estas preguntas nos permiten justificar ¿Cuál es la física que un estudiante
(futuro docente) debe saber?, es decir ¿Cuales deben ser los contenidos de la física a ser
enseñados? y ¿Qué perspectivas nuevas son posibles? Pues existe un equivoco en lo que
significa conocer la física, tal como lo hace ver (Salinas 1992) y Pesa (2004) cuando
afirma que:
“Usualmente se considera que conocer los conceptos, los hechos, principios y definiciones
científicas es conocer la física y esto es lo que se transmite en la enseñanza”.
Ella misma afirma que las investigaciones han mostrado que los alumnos revelan profundas
incomprensiones sobre el significado de los conceptos centrales de los contenidos
enseñados, serias limitaciones a la hora de resolver problemas y actitudes negativas hacia la
ciencia y hacia su aprendizaje (Pesa 2004). Conocer los conceptos y definiciones no
garantiza una buena formación ya que, las investigaciones realizadas, han puesto de
manifiesto las dificultades conceptuales que presentan los estudiantes, incluso después de
recibir cursos de formación en física general.
Las dificultades conceptuales de los estudiantes
Los estudios realizados ponen en evidencia efectivamente las deficiencias conceptuales que
presentan los estudiantes (Viennot 2002) y docentes en formación inicial (Furió 1997)
(García, E. 2009) y las imágenes de ciencia que se forman (Petrucci 2001). Al revisar las
investigaciones realizadas sobre la formación inicial docente se aprecia, entre otros
aspectos, una preocupación por las dificultades conceptuales que presentan los estudiantes
después de recibir los cursos fundamentales de física, particularmente en temas de
electromagnetismo (Saglam, y Millar 2006) (García 2009) (Guisasola 2008) (Viennot
2002) (Furió 1997) (Greca y Moreira 1998) (Solves 2001). La literatura es abundante para
24
describir evidencias de las dificultades que presentan los estudiantes tanto en aspectos
cognitivos, procedimentales y actitudinales. En el aspecto cognitivo, los estudios señalan
serias dificultades para comprender los conceptos (Velasco 1998) y para el caso particular
del electromagnetismo dicen Furió y Guisasola (1997):
“Los estudiantes presentan serias dificultades en la aplicación del concepto de campo a
situaciones de la electrostática, donde deben utilizar nociones básicas de las teorías como
el principio de superposición, tener en cuenta el papel que juega el medio, el concepto de
campo-interacción etc.”
Y en doce años de esta investigación el panorama no es el mejor, según Guisasola y otros
(2008) afirma que las dificultades en los estudiantes persisten en el aprendizaje de la
electricidad.
Lo mismo sucede en otras disciplinas como la química y la biología encontrando
dificultades similares por parte de docentes en formación inicial y docentes en ejercicio,
basta con revisar revistas como Science Education, International Journal of Science
Education y Enseñanza de las Ciencias, entre muchas otras, para identificar cantidad de
aportes sobre dificultades conceptuales en niños, jóvenes y formación inicial docente. Para
el caso de las dificultades conceptuales identificadas en la formación de profesores cabe la
pregunta: ¿si un futuro profesor no tiene claridad sobre los conceptos que va a enseñar,
entonces cómo puede lograr que sus estudiantes aprendan? Pues no tener un conocimiento
de la disciplina le genera dificultades para llevar a cabo su labor. Pero, ¿Por qué un
estudiante que aprueba los cursos de física presenta dificultades conceptuales?
Las alternativas se han venido dando desde diferentes enfoques y tendencias. Para
Izquierdo (2005) (2008) un aspecto clave esta en revisar la intencionalidad educativa:
“La profesionalidad del docente se manifiesta en la capacidad de organizar un escenario
25
en el cual se aprenda la ciencia que se enseña, determinada con una finalidad educativa”
La finalidad educativa debe darse desde un espectro amplio que involucre los actores del
sistema didáctico, el contexto en que se realiza y las imágenes que se tengan sobre ciencia y
conocimiento. En este último aspecto, se encuentran imágenes y concepciones de ciencia
que usualmente poseen profesores y libros de texto orientados por una concepción
positivista del conocimiento, en la que consideran que lo importante es enseñar los
contextos de justificación de la ciencia, esto es, de la física sus principios, leyes y teorías a
través de afirmaciones o definiciones, como expresión o resultado del conocimiento
científico, como lo hacen notar Nardi y Pessoa desde1990. También imágenes de ciencia
como actividad humana en la que se rescata el papel social y el contexto sociocultural de la
actividad científica. En esta tesis no orientamos por una finalidad educativa en la segunda
dirección.
2.2 Enseñanza del Electromagnetismo
2.2.1 Los contenidos del electromagnetismo
Los textos utilizados en los cursos fundamentales son un referente de lo que se suele
enseñar; tanto en la forma como en los contenidos, los textos son un indicio de la enseñanza
que se quiere promover (Solves y Furió 2005), pero ¿De qué depende la selección de los
contenidos? ¿Con qué criterios se presentan las secuencias temáticas? ¿Cuál es la retórica
del texto? En ultimas ¿Cuál es la finalidad educativa?.
Nardi y Pessoa (1990) y Greca y Moreira (1998) que analizaron textos de física de
bachillerato, encontraron que muchos de estos libros están orientados por una concepción
de ciencia como producto acabado, donde la verdad es objetiva e incuestionable, las leyes
de la naturaleza existen independientes de quienes las producen y los experimentos son
esencialmente demostrativos de las verdades teóricas. En este sentido, Greca y Moreira
26
(1998) consideran que:
“En los libros de texto es posible observar que las teorías aparecen como estructuras
acabadas, presentando los fenómenos y leyes y sus expresiones matemáticas de acuerdo
con rigurosos criterios lógico deductivos. Presentar a las estudiantes una serie de
postulados y a partir de ahí “inferir” la teoría - como si fuese una rama de las
matemáticas - no significa que éstos comprendan los fenómenos que esa teoría explica”
Colombo de Cudmani y Fondevila (1990) parten de considerar que, en general, el
aprendizaje del electromagnetismo, tanto en el ciclo de enseñanza media como en los
niveles básicos universitarios, ofrece serias dificultades a los estudiantes en aspectos
conceptuales de la disciplina y consideran que parte del problema “radica en la tradicional
estructura de los contenidos”. En esta estructura tradicional se utiliza, como criterio lógico,
avanzar de lo simple a lo complejo como método más adecuado para el aprendizaje, pero
Cudmani y Fondevila (1990) cuestionan si acaso los llamados conceptos simples son de
fácil asimilación y se responden que no, pues los llamados conceptos simples son en
realidad el resultado de complejas abstracciones. La forma como se presentan los
contenidos del electromagnetismo se aleja de la experiencia y genera rechazo por parte de
los estudiantes. Al respecto, Cudmani y Fondevila (1990) afirman:
“Donde se muestran configuraciones estáticas de carga y se pide el campo en algún punto,
o las caprichosas configuraciones de carga totalmente alejadas de su experiencia
contribuyen a generar en los alumnos actitudes de rechazo difíciles de superar”.
Ya en este nuevo milenio Martin y Solves (2001) sugieren una propuesta que modifica la
presentación tradicional de los contenidos para la enseñanza de concepto de campo en la
secundaria y bachillerato y donde éste se reconozca como una realidad física y se pueda
diferenciar del modelo mecánico de acción a distancia. En un primer momento básico, se
propone una aproximación cualitativa a la noción de campo gravitacional, desde el estudio
27
de la astronomía y con aplicaciones en el lanzamiento de proyectiles, en un segundo nivel
se profundiza en el tratamiento cuantitativo del campo gravitacional, incluyendo la
interacción electromagnética, llegando incluso a la síntesis electromagnética de Maxwell.
Se pretende con esta propuesta superar las dificultades de los estudiantes en estos niveles,
como son la falta de relación con la experiencia cotidiana, el carácter abstracto de los
conceptos que los hace incomprensibles y la confusión entre los modelos de explicación de
las interacciones entre partículas. Finalmente sugieren la implantación de una estrategia de
enseñanza basada en el aprendizaje por investigación. Muchos investigadores conservan
esta tendencia para programar los cursos de formación docente en física, tal es por ejemplo;
física por descubrimiento, investigación orientada, o investigación acción entre otros.
Es importante en este momento resaltar que al hacer referencia a contenidos no se debe
confundir estos en si mismos con la forma de organizarlos y presentarlos. Una cosa es
modificar la estructura misma del contenido y otra cambiarlo de lugar en el proceso de
organización y secuencia.
El Caso de la Electrostática
Las propuestas de enseñanza actuales dentro del enfoque tradicional se caracterizan por
proponer un cambio en la forma más que en los contenidos; por ejemplo, Giancoli (1994)
considera que mejor diagramación, mayor cantidad de dibujos e ilustraciones y mayor
número de ejemplos y problemas resueltos son garantía de aprendizaje. El siguiente pasaje
de Giancoli (1994) que muestra los nuevos aportes para su texto de física, es muy
sugestivo:
“Un esquema vale mas que mil palabras, reza un viejo adagio. Asimismo, un buen
lineamiento para los estudiantes, para resolver problemas, es hacer diagramas. Hoy,
imaginar el aprendizaje e la física sin buenos diagramas es inconcebible”
28
Los cambios en relación a ediciones antiguas se caracterizan por hacer mas asequible la
resolución de problemas en los libros de texto, haciendo explicaciones mas detalladas, e
incluso colocando mas gráficos e ilustraciones y con respuestas al final de los capítulos. El
lenguaje, que se reconoce difícil y que puede obstaculizar la comprensión, es presentado
ahora con un “estilo relajado” con lo que se espera que los estudiantes comprendan más
fácilmente. Sin embargo Furió y Guisasola (1997) encuentran que:
“La presentación didáctica de la electrostática (desde el concepto de carga eléctrica hasta
la teoría fundamental de campo eléctrico) en los libros de texto para bachillerato,
presentan visiones distorsionadas de la ciencia y del trabajo científico, y así mismo poseen
graves deficiencias didácticas”
Y es que la manera como tradicionalmente se introduce el electromagnetismo en el
bachillerato, en García (1999), conserva más o menos el mismo esquema en los distintos
libros, a saber: se empiezan con algunas experiencias de frotación, con las cuales se pueda
justificar a continuación la existencia de cargas eléctricas. Siguiendo un modelo de
explicación newtoniana, las experiencias artificiosamente montadas responden al
argumento teórico de que existen dos tipos de carga eléctrica, positivas y negativas, cargas
iguales se repelen y cargas diferentes se atraen. El electroscopio se describe como el
instrumento que permite comprobar la existencia de las cargas eléctricas. Hasta aquí llega
la experiencia posible; en adelante se entra a “justificar” las acciones entre cargas eléctricas
puntuales a través de las expresiones matemáticas de la fuerza eléctrica newtoniana para
luego resolver ejercicios del cálculo de fuerzas para distribuciones discretas de carga
acomodados para ejercitar la habilidad en el manejo de estas ecuaciones. Luego, y sin
justificar, aparece la definición de campo y potencial eléctrico, ligados a expresiones
matemáticas, con sus respectivos problemas de ejercitación. En algunos textos aparece la
noción de líneas de fuerza asociada a una definición de campo como una representación
matemática de la acción, pero sin ningún sustento de tipo teórico. En otros textos (sobre
todo los introductorios a nivel universitario) se amplía el modelo a la ley de Gauss para
29
formalizar la estructura matemática. Con estos ejercicios y una miscelánea final se cierra el
capitulo de electrostática y se pasa a la electrodinámica, donde se hace una presentación de
las ecuaciones de Maxwell con las que el estudiante tendrá que enfrentarse a la postre y en
las que el campo ya no puede ser visualizado ni siquiera como una “representación”. La
intención de esta tesis es analizar en detalle la presentación que hacen los libros de física
general de introducción al electromagnetismo en la universidad.
La práctica usual que centra la enseñanza del electromagnetismo en la resolución de
problemas, termina siendo un ejercicio de manipulación de expresiones algebraicas donde
se sustituyen letras por valores numéricos para el calculo de cantidades desconocidas. Tal
es el caso de la fuerza eléctrica, el campo eléctrico y el potencial eléctrico en la
electrostática, donde la definición, de corte matemático, busca en el estudiante el desarrollo
de habilidades en la solución de ecuaciones. Se presenta al estudiante una serie de
ecuaciones que relacionan las magnitudes físicas y se busca que éste desarrolle habilidades
en la solución y aplicación de estas ecuaciones (Lejter de Boscones 2004). Entendida así la
problemática de la enseñanza del electromagnetismo, lo relevante está en cambiar la
didáctica de enseñanza de tal manera que los estudiantes no fracasen en la resolución de
problemas. Se suelen esgrimir como argumentos de este fracaso la falta de suficiente
contenido teórico, el escaso dominio del aparato matemático y la lectura no comprensiva
del problema.
Para este tipo de investigadores lo relevante está en cambiar la didáctica de enseñanza de
tal manera que los estudiantes no fracasen en la solución de problemas de lápiz y papel. En
este sentido la enseñanza tradicional no permite que los estudiantes tengan claridad en el
problema a resolver; esto implica no percibir el significado de las definiciones conceptuales
y la manera lógica como estas se relacionan (Lejter de Boscones 2004).
30
2.2.2 Propuestas Alternativas
Las investigaciones realizadas en los últimos veinte años en el campo de la enseñanza y
aprendizaje del electromagnetismo los podemos reunir en grupos que coinciden en
cuestionar la enseñanza tradicional, pero cuyos intereses, argumentos y propuestas alternas
son distintas.
El primer grupo son quienes ubican el problema en la falta de capacidad de los estudiantes
en la resolución de problemas (distinto del anterior), trata sobre el uso de las magnitudes
físicas relevantes y las relaciones entre ellas en la solución de los problemas planteados en
los textos; la dificultad está en que la mala comprensión de los conceptos que se enseñan
usualmente no permite la solución correcta de los problemas planteados en los textos (Gil y
Torregrosa 1998) (Pérez y Pozo1994).
Para el segundo grupo el problema está en la poca conexión que establecen los estudiantes
entre las leyes y teorías enseñados y las explicaciones de los fenómenos a que dichas
teorías hacen referencia (Greca y Moreira 1998). El problema está en que la manera como
son abordados los conceptos no tiene en cuenta la psicología cognitiva de los estudiantes
como lo sugiere Del Pozo (1997), ya que la forma como tradicionalmente se enseñan no
posibilita una comprensión real de los conceptos de las teorías.
El tercer grupo de investigadores plantea que la mala comprensión de los conceptos
electromagnéticos en la enseñanza tradicional se debe a la carencia de un conocimiento de
los problemas epistemológicos e históricos que ha tenido el desarrollo de la ciencia (Binnie
2001) (Furió 1997) (Guisasola y otros 2001). Para Furió y Guisasola es a partir de allí que
proponen un esquema de enseñanza basado en el modelo de aprendizaje como
investigación orientada.
El cuarto grupo, para quienes el problema está en que la enseñanza tradicional no posibilita
31
la confrontación directa con la experiencia ni la posibilidad de dar cuenta de ella, en donde
surja una explicación significativa de los fenómenos eléctricos y para que se pueda generar
un aprendizaje significativo del mismo y construir una imagen del mundo significativa y
coherente que involucre aspectos epistemológicos, ontológicos e históricos del
conocimiento. La importancia de la enseñanza de la física está en el desarrollo y
fortalecimiento de “modos” de observar e interactuar con la realidad; esto implica el
desarrollo de estrategias cognitivas que permitan conexiones entre el conocimiento
científico y la cultura cognitiva común (Guidoni, Arca y Mazzoli 1990) (Izquierdo y
Aliberas 2004) (Ayala, Malagón y Guerrero 2004). Es con este grupo con quien se
identifica el problema de esta investigación.
Resolución de problemas
Con relación al primer grupo de investigadores, encontramos una preocupación por la
resolución de problemas, asu vez, desde diferentes enfoques: como estrategia para generar
cambios conceptuales, como capacidad relacionada con la organización y estrucuturación
de la información en la mente, como proceso que puede ser enseñado a novatos a partir de
cómo los expertos resuelven problemas, del diseño de heurísticas que los guien en la
resolución de los problemas y como una forma de desarrollar la creatividad (Lejter de
Bascones 2004).
Investigadores como Gil y Torregrosa (1998) afirman que los problemas como
habitualmente se abordan en las aulas de clase, de manera muy dirigida por el profesor, en
vez de convertirse en ocasiones privilegiadas para contribuir a un aprendizaje significativo,
ayudando a romper visiones confusas y a construir y profundizar conocimientos, se
convierten en refuerzo de errores conceptuales y metodológicos. Una de las fuentes de
dificultades en la resolución de problemas es, según ellos mismos, la propia concepción de
problema: si hay algo que caracteriza a un problema es que se refiere a “situaciones que
plantean dificultades para las que no se poseen soluciones hechas” y esto es algo que los
32
problemas hechos por los maestros o expuestos en los libros de texto no comparten.
Sugieren a modo de transición “eliminar los datos y precisiones de los enunciados
habituales y construir enunciados más abiertos capaces de generar una resolución acorde
con las características del trabajo científico”, con lo cual hacen una aportación muy
positiva.
Lo importante para este grupo de investigadores está en lo que se entiende por problema. Si
el problema resulta dinámico e involucra una posición critica y reflexiva, al momento de
resolver los problemas, entonces se pueden obtener mejores resultados de aprendizaje.
Como lo sugiere Lejter de Boscones (2004) retomando a Krulik y Rudnik (1980) que:
“Un problema es una situación cuantitativa o no, que pide una solución para la cual los
individuos implicados no conocen los medios o caminos evidentes para obtenerla”
Al respecto Gil y Torregrosa (1998) comentan lo siguiente:
“Las mayores dificultades que con frecuencia se han encontrado en el desarrollo de una
ciencia han derivado de supuesto implícitos, aceptadas sin cuestionamiento alguno, que
escapan así a la critica... En lo que se refiere a la didáctica de la resolución de problemas,
ello supone descender hasta la clarificación misma de la idea de problema”.
Modelos mentales y psicología cognitiva
Para Cudmani y Fondevila (1990), es importante investigar sobre las estructuras
conceptuales previas de los alumnos y qué tan arraigadas tienen los estudiantes estas
concepciones previas para el caso del electromagnetismo. Encuentran dos aspectos
relevantes:
“Se suele confundir la corriente eléctrica como el movimiento de un fluido que se desplaza
33
por un conductor” y
“Se utilizan en la vida cotidiana términos que en el campo de la disciplina tienen un
significado diferente”.
Para identificar las ideas de los estudiantes lo que hizo Cudmani y Fondevila (1990) fue
una consulta abierta con preguntas como ¿Qué sabe usted de electricidad?
El estudio encuentra que los preconceptos de los estudiantes parecen estar más dados por la
vida cotidiana, los medios de comunicación de masas y el lenguaje ordinario que por la
instrucción misma.
El resultado del trabajo demuestra que en las respuestas de los estudiantes son muy pocos
los que relacionan el concepto de carga eléctrica o el Coulomb como unidad fundamental
con los fenómenos eléctricos.
Debo anotar que las preguntas realizadas por el grupo de Cudmani se diseñaron para
identificar “lo que saben” los estudiantes a nivel de contenidos, siendo la característica el
uso de la memoria ya que pasaron por la instrucción donde supuestamente deberían saber
los conceptos que se enseñaron.
Greca y Moreira (1998) identifican la resistencia de los alumnos al cambio en el modelo,
debido a que estos poseen una representación mental que actúa constantemente. Al respecto
se preguntan lo siguiente:
“¿Qué nivel de representación mental operan los estudiantes de física general de nivel
universitario cuando resuelven problemas y cuestiones teóricas referidas al concepto de
campo eléctrico?
34
La preocupación de ellos es reivindicar la tesis de que la mente de los estudiantes no es una
hoja en blanco sino que los estudiantes tienen modelos que les permiten explicar el mundo
que les rodea (Del Pozo1997). Al respecto afirman:
“Conocer cómo las personas representan internamente el mundo en que viven resulta
esencial, tanto para saber lo que es la cognición, como para la elaboración de estrategias
instruccionales que faciliten el aprendizaje”.
Reivindicar asimismo el papel de la cognición establecido por la psicología, sobre todo la
noción de modelos mentales y representaciones propuestas por Johnson Laird (1990) en las
que se asume que las personas tienen tres tipos de modelos mentales: proposiciones,
imágenes y modelos. En este sentido lo que ellos hicieron fue “intentar detectar el tipo de
representación mental que los alumnos utilizan al resolver problemas y cuestiones teóricas
sobre el concepto de campo eléctrico”.
Es importante tener presente que ellos hicieron el estudio con estudiantes de ingeniería que
ven por primera vez el concepto de campo eléctrico. Aplicaron el método de Keller con
preguntas cerradas. El objetivo de su trabajo es identificar los modelos mentales que operan
en los estudiantes cuando contestan preguntas referidas al electromagnetismo, Este estudio
no incluyó preguntas sobre electrostática; las preguntas implicaban corrientes eléctricas,
capacitores, circuitos y campo electromagnético. Se hicieron preguntas que hacen
referencia al comportamiento de cargas eléctricas estacionarias y cargas eléctricas en
movimiento (una aparente paradoja) y a saber qué criterio utilizan los estudiantes, también
que ilustren y dibujen lo que entienden por campo electromagnético. Encuentran que las
representaciones mentales, tales como las definidas por Johnson-Laird, son importantes en
el momento de hacer y aprender física. Al respecto Greca y Moreira (1998) dicen:
“Los alumnos construyen naturalmente modelos causales simples de sistemas físicos, que
les sirven para entender el mundo que les rodea. Los alumnos que recibieron instrucción
35
en ciencias por algún tiempo desarrollan algunos modelos híbridos y otros sólo
<<repiten>> proposiciones, retomando sus modelos intuitivos cuando están frente a
situaciones no idénticas a las cuales aprendieran las proposiciones anteriores”.
Las concepciones, ideas previas, esquemas conceptuales o modelos mentales de los
estudiantes, como se les suele denominar, son relevantes y muy utilizados en las
investigaciones en didáctica de las ciencias. En esta tesis también son consideradas aunque
más como formas o modelos de explicación.
Deficiencias Histórico - Epistemológicas
Este tipo de investigadores se divide a su vez en varias categorías; los que reconocen la
importancia del uso de la historia para recrear anécdotas y pasajes biográficos, los que
rescatan el uso de originales para hacer replicas y analizarlas y los que encuentran
deficiencias histórico-epistemológicas en la enseñanza.
Para Anna Binnie (2001) la importancia de la historia de la electricidad y el magnetismo en
la enseñanza es porque se hace posible replicar los experimentos en el salón de clase.
Reconstruir los experimentos realizados desde la antigüedad hasta nuestros días tal y como
fueron realizados, permite acercar los estudiantes a las elaboraciones científicas de manera
experimental. Por ejemplo la propiedad de carga de los objetos es considerada a partir de
los trabajos de W. Gilbert con el invento del Versorium, instrumento que permite detectar
efectos de electrificación con alta sensibilidad, lo cual le permitió clasificar una cantidad de
materiales entre eléctricos y no eléctricos. También replican los experimentos de N. Cabeo,
sobre la repulsión eléctrica, S. Gray y la transmisión de la electricidad, Dufay y los
experimentos para identificar electricidades diferentes y la botella de Leiden inventada por
Musschenbroek, entre otros. Similarmente se hace un avance progresivo desde las visiones
substancialistas de fluido hasta modelos actuales del comportamiento eléctrico. Lo
importante desde el punto de vista didáctico es que los experimentos originales pueden ser
36
recreados en el salón de clase junto con los modelos de explicación correspondientes.
Investigadores como Guisasola, Zubimendi, Almundi y Ceberio (2008), Furió (2003) Furió
y Guisasola (2001) (1998) (1997) y Guisasola (1996) muestran que la mala comprensión de
los conceptos electromagnéticos en la enseñanza tradicional se debe a la carencia de un
conocimiento de los problemas epistemológicos e históricos que ha tenido el desarrollo de
la ciencia. Por ejemplo para Furió y Guisasola (1997):
“El problema de la enseñanza de los conceptos básicos de electrostática (campo y
potencial eléctricos) pueden ser debidos a carencias y deficiencias de las estrategias de
transmisión verbal empleadas en la enseñanza habitual. En este sentido el problema no es
solo de un cambio conceptual sino que implica además cambios ontológicos,
epistemológicos y metodológicos en las formas de abordar el conocimiento.”
Para ellos el problema está en que los conceptos que se enseñan no son significativos
porque no permiten que el estudiante pueda explicar las experiencias relacionadas con el
concepto. Esto es debido a que los textos desconocen el desarrollo histórico del
electromagnetismo, como también los aspectos epistemológicos y ontológicos involucrados
en su desarrollo. Un buen conocimiento de estos aspectos permite comparar el pensamiento
del estudiante con las formas como históricamente se desarrollaron los conceptos, lo que
permitiría hacer un mejor trabajo pedagógico, orientado en una construcción significativa
de los conceptos de la física y en particular de la electricidad. Por lo tanto, una buena
enseñanza debe recoger elementos epistemológicos y ontológicos de la ciencia misma.
Furió y Guisasola comparten el problema de las dificultades de los estudiantes admitiendo
que el problema de las dificultades en el aprendizaje de campo y potencial eléctrico es bien
conocido por los profesores. Pero encuentra también que las investigaciones se han
centrado en electrocinética, como el caso de (Eylon 1990), de Duit (1985) y Bonseghir y
Closset J.L. (1996) sin que se establezcan conexiones con la electrostática.
37
La idea es que cuando se producen cambios o revoluciones científicas, no solo hay cambios
conceptuales en la vieja teoría sino que también se producen cambios en las formas de ver
el mundo (cambios ontológicos) en las formas de razonar (cambios epistemológicos), en los
métodos (cambios metodológicos) y en los valores y propósitos de la nueva teoría (cambios
axiológicos). Reconocer estos cambios permite identificar la existencia de dificultades que
presentan los estudiantes en la explicación de situaciones relacionadas con la electrostática,
por ejemplo a nivel de la noción de campo se hace evidente la falta de capacidad del
estudiante al tener que utilizar nociones básicas de la teoría, como el principio de
superposición, tener en cuenta el papel que juega el medio, etc. Al respecto Furió y
Guisasola (2001) afirman que:
“Frente a esta concepción de ciencia, los programadores de la electricidad en los libros de
texto y los utilizados por los profesores en la enseñanza habitual, frecuentemente presentan
una visión aproblemática y acumulativa lineal, que no tiene en cuenta las diferentes
formulaciones y los saltos científicos que se dieron en el desarrollo de la teoría de
campos.”
Por ser de interés fundamental para este trabajo el uso de la historia y la filosofía de la
ciencia, se desarrollará más ampliamente este punto más adelante.
Construcción de Significados
Para este tipo de investigadores, lo que se persigue va más allá de un uso adecuado de la
teoría. Se tiene la convicción de que la actividad científica es una actividad humana y
cultural que se desarrolla en torno a la comprensión del mundo y depende, por lo tanto, de
las personas que ejercen dicha actividad. Para el caso del electromagnetismo por ejemplo,
se establece en la necesidad de construir formas de representar el fenómeno, que responda a
criterios de organización del individuo, que pueda confrontar y socializar. Desde esta
38
perspectiva, no hay conocimiento separable de los individuos y colectividades que lo
producen.
Guidoni, Arca y Mazzoli (1990) en Italia realizaron un trabajo donde la educación
científica fuera considerada como modos de ver y relacionarse con la realidad, ya que el
concepto de realidad está inmerso en la cultura y las formas o modos de ver respoden a ella.
La enseñanza de las ciencias, desde la perspectiva de este grupo, se considera que el
conocimiento es una apropiación cultural y así mismo dicen que:
“nada se puede transferir a una cultura sin que sea transformado por ella”.
En este sentido, cuando se enseña ciencia se debe reconocer la intencionalidad de quien
enseña y el contexto de quien aprende. En este sentido se plantean nuevas manifestaciones
de la actividad cientifica y de la actividad cognitiva, para ellos la mejor intencionalidad es
la que tiene en cuenta tres aspectos fundamentales de la cognición: el conocimiento, el
lenguaje y la experiencia. Al respecto Guidoni, Arca y Mazzoli (1990) sugieren:
“Que es preciso, en cambio, darse cuenta de que la “educación científica” significa el
desarrollo de modos de observar la realidad y modos de relacionarse con la realidad; que
esto implica y supone los modos de pensar, los modos de hablar, los modos de hacer, pero
sobre todo la capacidad de juntar todos estos aspectos”
Ayala y el grupo de Fisica y Cultura en Colombia, realizan investigaciones, en las que el
problema se caracteriza por entender al estudiante como un sujeto inmerso en un contexto
social y cultural que lo define. En este sentido asumen la enseñanza como una mediación
entre la cultura científica y la cultura de un grupo que es ajeno a ella. Según Ayala,
Malagon y Guerrero (2004)
“La enseñanza de las ciencias no sólo posee un carácter cultural, sino que es ante todo una
39
actividad cultural. Se trata con ello de generar condiciones para que modos de ver, de
interpretar, de argumentar, de valorar y de actuar propios de la cultura científica
adquieran significación y legitimación para la cultura de base.”
Desde este punto de vista los trabajos realizados en torno a la enseñanza del
electromagnetismo consideran la ciencia como una actividad de organización de los
fenomenos y la enseñanza como un proceso de recontextualización de los saberes. Se hace
importante para este grupo el uso de escritos originales y la problematización histórico
filosófica del conocimiento.
El presente trabajo de tesis se inscribe dentro de la visión de este grupo de investigadores.
Se pretende establecer modos de observar y de relacionarse con la realidad, desde el
análisis de las practicas experimentales presentes en la actividad científica.
.
2.3 Uso de la Historia en la Enseñanza de las Ciencias
El interés por la historia y la filosofía de la ciencia en la enseñanza toma auge debido a la
influencia del trabajo de Kuhn en filosofía de la ciencia (Moreno 2006) (Brackenridge
1989). Desde la aparición del texto de Kuhn (1962) la estructura de las revoluciones
científicas, se ha dado una revisión profunda en torno al llamado conocimiento científico;
filósofos, científicos e historiadores han participado de una transformación en la manera de
pensar y caracterizar el conocimiento científico, transformación que incide profundamente
en la forma de concebir las ciencias y por supuesto su enseñanza (Duschl 1994 y 1992)
(Brush1969). Las preguntas fundamentales provenientes de la ciencia y la filosofía y que
tocan con el conocimiento científico son entre otras: ¿Cómo se producen las teorías? ¿Cuál
es el objeto de la ciencia? ¿Cuál es el valor de las demostraciones científicas? ¿Cuál es la
función de las instituciones científicas? ¿Cuál es la naturaleza del conocimiento científico?
40
¿Cómo se válida o institucionaliza una ley o una teoría? (Guerrero, 2006). Preguntas que
han orientado también las propuestas en didáctica de las ciencias.
La manera de hacer uso de la historia de las ciencias en la enseñanza ha estado orientada
por el enfoque que manejan los historiadores, que a su vez se forman en corrientes de
pensamiento orientadas por la actividad científica y la filosofía de la ciencia. Una primera
corriente se orienta desde una visión lineal y acumulativa del conocimiento científico,
donde la relevante es hacer una descripción cronológica y anecdótica de un científico, un
invento o un hallazgo importante. Este tipo de historia es criticada por Kuhn (1962), para
quien:
“Si se considera la historia como algo más que un depósito de anécdotas o cronología,
puede producir una transformación decisiva en la imagen que tenemos actualmente de la
ciencia…, imagen trazada previamente, incluso por los mismos científicos…y que se
encuentran los libros de texto con los que cada una de las nuevas generaciones de
científicos aprenden a practicar su profesión”.
A partir de esta invitación, son múltiples las investigaciones orientadas por un nuevo tipo
de preguntas que se hacen los historiadores y filósofos o lo que algunos llaman filósofos
historicistas y, por supuesto con incidencia en la didáctica de las ciencias.
A nivel de la enseñanza de las ciencias la obra de Kuhn no produjo efectos inmediatos. No
fue sino hasta la década de 1980 cuando empiezan a aparecer investigaciones en enseñanza
de las ciencias que consideraban importante la necesidad de incorporar la historia de las
ciencias en los planes de estudio y programas curriculares (Rudge y Howe 2004).
Pero ¿con qué fin se incorpora la historia de las ciencias en la enseñanza de las ciencias? Al
hacer una revisión a la literatura existente se encuentra que son tan variados sus usos como
las intencionalidades que los orientan (Moreno 2000); permiten recrear situaciones y
41
vivencias, mejorar la comprensión de los conceptos y de teorías de la física, transformar la
concepción de ciencia y promover un entendimiento de las relaciones entre ciencia, cultura
y sociedad, avanzar en la contextualización de saberes, caracterizar los métodos de
investigación y determinar las influencias sociales e ideologías entre muchos otros (Abd-
El-Khalick 2001).
Para algunos, la HC no pasa de ser parte de “la moda actual” sin ningún fundamento ni
reflexión sistemática. La historia que se presenta es anecdótica y cronológica, donde lo
importante es registrar las fechas en que se hicieron los aportes, ubicar local y
cronológicamente el autor, reseñar las anécdotas que lo llevaron a un descubrimiento o al
planteamiento de una determinada teoría y dejar constancia de los errores. Para otros la HC
permite una mejor comprensión de los conceptos científicos, un mejor entendimiento de los
conceptos y teorías de la física, una comprensión de los obstáculos y posibles dificultades
de los alumnos, una concepción de ciencia como empresa colectiva e histórica, un
entendimiento de las relaciones ciencia cultura y sociedad (Matthews 1998). En este
sentido la ciencia, su enseñanza y aprendizaje puede ser tratado como un sistema complejo
que supone en mayor o menor medida una reconstrucción de la actividad intelectual de los
científicos (Holton1988) que justifica su aplicación en la enseñanza de las ciencias en
muchos aspectos, dentro de los que se destacan los mecanismos de producción de
conocimientos y de su filosofía (Penagos 1997).
Sin embargo, se debe tener cuidado al momento de recurrir a la historia de la ciencia, ya
que una de las principales tendencias que puede conducir a juicios históricos erróneos es la
visión anacrónica del pasado, según la cual se estudia y se valida a la luz del presente. Su
contrapartida, la visión diacrónica, consiste en estudiar la ciencia del pasado de acuerdo a
las condiciones que existían realmente en ese pasado. Así pues la historia que se utiliza en
didáctica de las ciencias ha de ser la historia que surge del trabajo de los historiadores,
procurando huir del anacronismo y de la hagiografía (Izquierdo y Aliberas 2007)
42
Por su parte, la incorporación de la historia de las ciencias en los libros de texto parece ser
más lenta que las investigaciones que la orientan (Cornejo 2006). Los textos no parecen
reconocer los aportes de las investigaciones a pesar de consideraciones importantes como la
de Kragh (2007) para quien la investigación histórica, sobre todo la que tiene como fin
último proporcionar recursos docentes para la enseñanza de las ciencias, necesita estar
soportada en una estructura, una <<trama>> epistemológica, metodológica y contextual que
le de sentido al proceso histórico y facilite una visión didáctica y global de dicho proceso.
Investigadores como Izquierdo, Audúriz Bravo y Quintanilla (2007), Guisasola (2008) y
(Garcia, A 2009) evidencian la importancia de discutir un modelo para introducir la historia
de las ciencias en la formación del profesorado. Ademas los estudios muestran que el
desconocimiento por parte de los libros de texto de la historia de los conceptos y la
epistemología de las ciencias son un impedimento en la real comprensión de los fenómenos
físicos o químicos. Para Furió y Guisasola(1997) en el estudio de la electricidad encuentran
que:
“Un analisis cuidadoso de aquellas teorías que por su importancia representaron
verdaderos saltos cualitativos en la construcción de la electricidad, centrándose, en
particular en aquellas dificultades y problemas cuya superación determinó un avance
científico, son un aporte al problema de la enseñanza de la electricidad”.
Existen otros aportes de los historiadores de la ciencia que sugieren reconocer que la
ciencia es una manifestación más de la cultura de los pueblos, con sus peculiaridades como
cualquier hecho cultural y que el “conocer”, en cuanto actividad social, está unido a las
condiciones sociales de los individuos que lo llevan a cabo (Fleck 1935) y sujeta entre otras
cosas a las controversias de toda actividad intelectiva (Moreno 2006). Estas propuestas
sugieren una relación diferente con los libros de texto que hacen uso de la historia de las
ciencias. Ya no es relevante la ubicación espacio-temporal del científico, lo importante
ahora son sus preocupaciones e intereses y como ellas sirven de base para construir
significativamente los conceptos. Recurrir a la historia y filosofía de las ciencias en la
43
formación del profesorado es un recurso para afrontar la mejora del interés por la ciencia
(García, A. 2009), para despertar el espíritu critico ante los hechos en que la ciencia está
involucrada y para manifestar que es una forma más de la cultura (Moreno 2006). La HC se
utiliza como respuesta a la necesidad de erradicar esta imagen estereotipada de la ciencia y
su método de trabajo, para dar paso a una más realista acerca del quehacer científico y
posibilitar un pensamiento crítico en el estudiante, necesario para actuar en la sociedad. En
este sentido, el uso de la historia y filosofía de la ciencia hace posible que los alumnos
construyan una amplia red de relaciones entre la producción científica y contexto social,
económico y político (Rañada 1996). Puede ser también una vía para superar las
dificultades que se presentan al tratar de darle un contenido cultural a las enseñanzas
científicas, que a su vez aporten contenidos provechosos para atender los requerimientos
cada vez mas acuciantes e irreversibles de la multiculturalidad y la transdisciplinariedad
(Brush 1969) (Carson 1997)
Es necesario entonces, que el ciudadano del siglo XXI no solo conozca ciencia sino que
también sepa como es creada y validada, como se desenvuelve a través de la historia y
como se relaciona con el medio social y cultural. En este sentido el enfoque CTS incorpora
la HC en la educación científica como parte de la formación de una conciencia ciudadana
en los estudiantes. Un aspecto que no se puede pasar por alto al referirse a la HC es la
aportación que desde ella se hace a la contextualización de saberes, métodos, influencias
sociales e ideológicas de todo tipo (políticas, científicas, religiosas, económicas…) (Abd El
Khalick 2001) de donde se hace fundamental la manera como nos relacionamos con el
conocimiento, no con los contenidos ni las teorías, sino con la experiencia misma que nos
permite comprender los fenómenos físicos y construir explicaciones que sean significativas
desde nuestras propias preocupaciones e intereses (Ayala 2004) (García, E 1999).
Tener un conocimiento de las dificultades y problemas que se detectan en el análisis
histórico permiten plantear estrategias metodológicas para lograr los cambios conceptuales
en los estudiantes. Por lo tanto se busca con este uso de la historia superar la metodología
44
de transmisión verbal empleada en la enseñanza habitual, lo que le implica ahora al docente
involucrarse en la actividad misma de la ciencia; conocer los aspectos fundamentales de las
teorías, el desarrollo y el contexto de los conceptos que pretende enseñar. En este sentido
puede asumir un papel protagónico, de mayor intervención como mediador que es entre la
cultura científica y la cultura común.
45
3. PROBLEMA DE INVESTIGACION
3.1 Formulación del Problema
El problema central objeto de investigación está entrado en dos actores
fundamentales del sistema didáctico; los estudiantes en formación docente y los
libros de texto de fisica general, teneiendo como referencia los aportes que la
filosofia y la historia de la ciencia hacen a la didáctica.
Para investigar en torno la relación que se da entre ellos, y considerando que lo que
nos interesa es la retórica que implica conocimiento, lenguaje y experiencia, nos
hacemos la siguiente pregunta general:
¿Qué nuevos aspectos de la filosofia y la historia de la ciencia se deben considerar
como aportes a la construcción didáctica de la fisica?
Particularmente y para nuestro objeto de estudio nos hacemos una pregunta más
precisa:
¿Qué aportes de la filosofía de las prácticas experimentales y el desarrollo historico
de la electricidad se deben considerar para la enseñanza de la fisica desde una
perspectiva constructivista?
Ya que la pregunta implica varios elementos, se hizo necesario para su desarrollo,
apoyarnos en preguntas auxiliares:
- ¿Qué importancia tienen las prácticas experimentales para la didáctica de la física.
46
- ¿Qué aspectos tienen en común, la retórica de los textos de física general con las
explicaciones de los estudiantes y la emergencia histórica de la teoría de campos?
- ¿Cómo orientar una propuesta de contenidos que reconozca los nuevos aportes de la
filosofía de la ciencia?
3.2 Objetivos
Para responder a estas preguntas nos hemos propuesto los siguientes objetivos:
- Identificar los aportes, que a nivel histórico están presentes en las prácticas
experimentales en el desarrollo de la perspectiva de campos. - Identificar la estructura retórica de los libros de textos y la relación que se establece
con las prácticas experimentales.
- Identificar las formas de explicación de los estudiantes sobre el fenómeno
electrostático.
- Establecer relaciones entre la retórica de los textos, las explicaciones de los
estudiantes y el desarrollo histórico de la electricidad. - Establecer de manera fundamentada elementos para la enseñanza de la electrostática
en la visión de campos a nivel de la formación inicial de profesores desde una
perspectiva constructivista del conocimiento.
47
4. MARCO TEORICO:
FILOSOFIA, HISTORIA Y ENSEñANZA DE LAS CIENCIAS
4.1 Filosofía de la Ciencia y Didáctica de las Ciencias
La importancia de la historia y la filosofía de la ciencia es cada vez más evidente en la
didáctica de las ciencias. La reflexión metafísica que orienta la filosofía de la ciencia, en
cuanto a la pregunta por la naturaleza de la ciencia y la actividad científica, está marcada
por corrientes de pensamiento que la determinan y cuya incidencia es evidente en los
procesos de enseñanza de la física. La naturaleza de la actividad científica en cuanto a sus
fundamentos (¿Qué es la ciencia?) y razón de ser en la dinámica social, y sobre el
conocimiento científico mismo, se ha convertido en una fuente inagotable de exploración,
que además de los filósofos de la ciencia ha involucrado otros profesionales como:
sociólogos, lingüistas, psicólogos, antropólogos, historiadores y por supuesto didácticas de
las ciencias. Incluso muchos científicos, como Planck, Einstein y Heisenberg, escribieron
sobre la naturaleza de la ciencia.
Preguntarse por la naturaleza de la ciencia implica preguntas de orden metafísico como
¿Qué es la realidad? o ¿Qué es la verdad? ¿Cómo se producen las teorías? ¿En qué consiste
el progreso científico? ¿Cómo es la estructura general de la realidad? ¿Qué papel juega el
experimento? ¿Qué se entiende por una teoría científica? ¿Cuál es el objeto de la ciencia?
¿Qué ha de entenderse por evidencia científica? ¿Cuál es el valor de las demostraciones
científicas? Cuál es la función de las instituciones científicas? ¿Cuál es la naturaleza del
conocimiento científico? ¿Cómo se valida o institucionaliza una ley o una teoría? (Guerrero
2006). En últimas, es establecer como se considera el conocimiento científico y cuál es la
concepción de ciencia en juego.
La respuesta a estas preguntas ha promovido el surgimiento de corrientes filosóficas con
48
orientaciones y enfoques diferentes, aunque algunas de ellas poco reconocidas en las
investigaciones en didáctica de las ciencias. Para nuestro análisis nos apoyamos en la
caracterización que hace Javier Echeverria (2003) de la naturaleza de la ciencia en el que
establece aspectos que son relevantes para esta tesis como son: el hecho científico, el
pensamiento científico, el problema del método, el papel del experimento y el contexto de
investigación; todos ellos con incidencias marcadas en la didáctica de las ciencias y son
objeto de reflexión en nuestra propuesta.
Existen dos posturas filosóficas, claramente diferenciadas y excluyentes entre si, en
aspectos clave como son los conceptos de verdad y realidad; el positivismo lógico y la
filosofía historicista (construccionismo)2
2 De acuerdo con el filósofo de las ciencias Carlos Pérez (1998) se pueden identificar estos dos grandes campos; una filosofía clásica de la ciencia y una filosofía historicista de la ciencia, la primera para identificar el fundamento de la ciencia, sus teorías, métodos y criterios de verdad, la segunda para mostrar las relaciones con el entorno social y cultural, sus relaciones de poder y el carácter ideológico.
. Para la postura positivista, la ciencia es el
producto de la actividad científica, el conocimiento es verdadero, objetivo e incuestionable,
las leyes y teorías son verdades establecidas que hacen referencia a hechos reales,
descubiertos en la naturaleza. Desde la otra postura, la ciencia es una actividad humana y
cultural, el conocimiento es una construcción que se valida y se legitima socialmente, las
leyes y teorías responden a un proceso de elaboración que depende del contexto
sociocultural en el que surgen. Los hechos son construcciones que responden a modelos
mentales que los representan y las verdades son relativas e inherentes a los contextos que
las producen (Stengers 1989) (Stengers y Prigogine 1997). La concepción más ampliamente
divulgada y seguramente la que más impacto ha generado en la educación científica a nivel
de formación universitaria es el positivismo lógico. Mi interés es mostrar la importancia del
construccionismo (o constructivismo) en este debate, sin agotar su discurso, pero
reconociendo su impacto en el desarrollo del conocimiento, mostrar su incidencia en los
programas de formación y destacar el papel de los textos según esta postura. En este marco
de presentación se hace énfasis en la perspectiva historicista que reconoce la actividad
científica dentro de un contexto de producción y validación del conocimiento. Esto, además
le permite al docente hacer un uso coherente de la historia de las ciencias.
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Primero mostraremos las tesis defendidas por el positivismo en los aspectos considerados
anteriormente y presentaremos su influencia en la enseñanza de las ciencias, luego
avanzaremos en las propuestas de la filosofía historicista y por supuesto de los nuevos
aportes a la didáctica de la física.
4.1.1 La Naturaleza Positiva de la Ciencia
El éxito que alcanzó la mecánica de Newton en el siglo XVIII y el impacto social que
generó en Inglaterra y luego en Europa como forma de racionalidad, promovieron entre las
comunidades de investigadores y filósofos una serie de reacciones dinámicas para
fundamentar, defender e imponer el conocimiento científico como la máxima expresión de
la racionalidad del hombre (Duhem 1906). El lento desarraigo entre la tradición filosófica y
la tradición científica promovido por nuevos intereses, lleva a un gran número de filósofos
a centrar su interés en cómo hacer en otras disciplinas (sociales y humanas) lo que los
físicos y químicos han hecho de manera tan exitosa, esto es, ¿Cuales son las reglas que
determinan el buen método de investigación científica? (Guerrero 2006). La preocupación
por el método de la ciencia se convirtió en una razón poderosa para la naciente filosofía de
la ciencia. Los llamados filósofos del método como los describe Pérez Soto (1998) se
preocuparon por estudiar la estructura de las teorías científicas, siendo un gran referente el
modelo newtoniano. Ya Descartes había propuesto la necesidad de hacer un fundamento
para la ciencia en general, esto es, hacer una descripción racional de la posibilidad del
conocimiento científico. Kant fundamentó el racionalismo científico, Bacon el empirismo,
Hume fundamentó el escepticismo, Schelling el idealismo, Poincaré el convencionalismo,
Popper el falsacionismo, Duhem el instrumentalismo y Pierce el pragmatismo. Las
preocupaciones sobre la naturaleza del conocimiento y la realidad que orientaron a los
llamados “filósofos del método” en torno a la teoría del conocimiento científico fueron
entre otras: ¿Qué ha de entenderse por evidencia científica? ¿Qué se entiende por teoría
científica? ¿En qué consiste el progreso científico? ¿Cuál es la función y características de
la explicación científica? El debate sobre la dependencia/independencia teórica de la
50
observación (Guerrero 2006), pero también el problema de la evaluación de las teorías
científicas implica la necesidad de una demarcación entre las ciencias y otras formas de
pensamiento. Para ello se avanza en los estudios de las disciplinas en particular: Frege en
Aritmética, Russell en Física, Hilbert en Geometría…. En la década de los 20 y los 30 se
desarrolla con gran impulso una corriente de pensamiento en la filosofía de las ciencias
conocida como “empirismo lógico” promovida por el llamado Círculo de Viena y que se
ocupa, entre otros asuntos, de brindarle un lugar diferenciado al pensamiento científico. Es
necesario crear una demarcación entre ciencia y pseudociencia (metafísica), esto es, entre la
racionalidad científica y otras formas de opinión, tales como la religión, el arte y la ética
(Pérez 1998).
La corriente filosófica del positivismo científico surge entonces a finales del siglo XIX,
para justificar la consolidación de la mecánica como la forma verdadera de explicar el
comportamiento de la naturaleza y el método inductivo como método universal de
investigación (Pérez 1998). Entre las convicciones que movieron al inductivismo y que
llegaron al positivismo, particularmente representado por el llamado Círculo de Viena (que
tuvo su mayor producción en la década de los 20 y 30) está la idea de “hecho positivo”.
La Realidad del Hecho Científico
Para el Físico W. Heisenberg (1985) la importancia de precisar la imagen de naturaleza no
corresponde sólo al científico, pues las alteraciones en los fundamentos de la moderna
ciencia de la Naturaleza son indicio de alteraciones hondas en las bases de nuestra
existencia y que repercuten en todos los ámbitos de nuestra vida. Así pues, debemos
empezar por considerar qué cambios han tenido lugar durante los últimos decenios en la
imagen de la Naturaleza, según la ciencia. El primero de ellos es seguramente el carácter
objetivo de la Naturaleza como creación divina; ésta se manifiesta en el dominio científico
como independiente, no solo de Dios, sino también del hombre y el papel del científico era
contemplarla y describirla. El científico procuró aislar, mediante el experimento,
51
determinadas partes del proceso natural, observarlas objetivamente y comprender su
regularidad hasta obtener “leyes” de validez incondicionada en todo el universo. La mejor
representación de esta imagen es la mecánica clásica, particularmente la obra de Newton y
Boyle (Heisenberg 1985).
El carácter objetivo e independiente de la naturaleza se reconoce en las corrientes
filosóficas de comienzos del siglo XX, según Agusto Comte, citado por Granes y Caicedo
(1997)
“Un hecho es algo que está ahí simplemente, independiente del observador”.
En este sentido la noción de hecho como algo que es o sucede independiente del observado
es la característica principal; la condición de ser independiente del observador le da una
existencia y una realidad ontológica, aunque el observador no estuviera, de todas maneras
el hecho “está ahí”, los hechos están a disposición del observador, éste los recoge y los
organiza. Uno de los presupuestos fundamentales de la llamada concepción heredada de la
corriente filosófica inspirada por el Circulo de Viena es precisamente la distinción entre lo
teórico y lo observacional; donde términos como “carga”, “campo”, “masa” etc.
corresponden a propiedades de objetos no observables como el electrón o el campo, pero
que existen realmente.
Un segundo aspecto relevante del hecho positivo es el carácter de verdad que encierra, pues
la frase “aténgase a los hechos” expresa que ellos son los únicos confiables para obtener
conocimiento, los hechos no solamente existen, sino que también son verdaderos. No se
puede cuestionar el hecho que por ejemplo ¡la Tierra existe!, ¡los cuerpos caen!, ¡los
objetos se calientan!, !los seres vivos se mueren!.... Los inductivistas desconfiarán por lo
tanto de todo lo que implique una participación activa del observador, los prejuicios, los
limites preceptúales, culturales e incluso de las hipótesis. Hacer hipótesis podría implicar el
riesgo de introducir lo inobservable, lo especulativo, lo tendencioso (Pérez 1998). Esta
52
tesis, en principio incuestionable, terminó siendo revaluada como lo hace Popper (1935) en
“la lógica de la investigación científica” y más recientemente en libros como el de A
Chalmers (2000), ¿Qué es esa cosa llamada ciencia?.
Las investigaciones en didáctica de las ciencias muestran que la enseñanza de la física que
se presenta a través de los libros de texto esta cargada de hechos positivos. La existencia
ontológica de los conceptos está presente en las explicaciones y definiciones de los textos.
Es claro que la enseñanza de la física a nivel introductorio considera los conceptos de
átomo, carga y campo para explicar los fenómenos eléctricos como si fueran hechos
positivos, por ejemplo se asume de entrada la existencia de cargas eléctricas positivas y
negativas, por lo tanto este hecho no es discutible. Esta imagen de la naturaleza ha
caracterizado la enseñanza de la física por décadas; las ideas previas no tienen sentido
cuando el mundo ya esta organizado, mucho menos los aspectos culturales o ínter
subjetivos.
El Pensamiento Inductivo
Quien seguramente consideró la inducción como forma metodológica de obtener
conocimiento fue F. Bacon (1635) en el “Novum Organum”. En su forma más simple la
inducción consiste en observar un hecho muchas veces y, si siempre se repite, entonces se
puede establecer una generalidad. Si suelto un lápiz y éste cae al piso, repito la experiencia
muchas veces y siempre ocurre lo mismo, entonces podré generalizar que “los lápices
siempre caen al piso”. En esta forma metodológica se va de premisas particulares a lo
conclusiones generales que son verdades universales y necesarias. El carácter de
universalidad que se le asignó, chocó posteriormente con la importancia de la confirmación.
Según Carnap (1995) se debe admitir la confirmación como criterio y, en efecto, si existen
condiciones para las cuales al soltar el lápiz éste no cae (en ausencia de gravedad), esto
implica poner restricciones a las generalidades lo cual afecta la universalidad del
enunciado. Carnap sugiere que la confirmación de un enunciado es estrictamente lógica: los
53
datos observacionales han de ser confrontados lógicamente con las consecuencias que se
derivan de una determina ley o teoría (Echeverria 2003). Esta tesis llevó al empirismo
lógico a confluir en la afirmación de la inducción como método principal de las ciencias
empíricas. Esta manera de concebir la ciencia por parte del positivismo lógico y del
empirismo lógico, tuvo mucha incidencia en la manera de pensar la ciencia en las
generaciones siguientes, incluyendo los historiadores de la ciencia hasta la primera mitad
del siglo XX. Para ellos lo importante de la ciencia está en que sus verdades hacen
referencia a una realidad donde el científico descubre los hechos y los enuncia a través de
leyes objetivas y universales.
Los cuestionamientos a la inducción del positivismo se dan por parte de Hume (1973) en su
libro “Traité de la Nature Humanine” en el que señala, primero, que las series inductivas
son incompletas, puesto que existe la posibilidad lógica de que la premisa alguna vez no se
cumpla y por lo tanto ya no sería universal y, segundo, debido a que nuestras certezas
cotidianas son inductivas no podemos ver más allá, en la lógica del pensamiento y el uso de
la razón. Las teorías físicas del siglo XX son ejemplo de la forma como se rompe con la
inducción como forma establecida para obtener conocimiento. Si se le pregunta de que está
seguro un físico relativista o un físico cuántico, ellos mismos contestarán que “de nada”
puesto que estas son sólo teorías, son las mejores teorías que tenemos, pero nada definitivo
(Pérez 1998).
La influencia del pensamiento inductivo ha sido recurrente en la enseñanza de las ciencias;
existe una tendencia a las generalizaciones que se expresa en términos de definiciones o
enunciados. En los libros de texto, con una situación que se muestre es suficiente para
generalizar. A partir de la observación sistemática de un fenómeno se terminan haciendo
generalizaciones que implican leyes y teorías. Por ejemplo, con frotar una barra de ebonita
y acercarla a un detector se generaliza la inducción eléctrica.
54
La Unidad del Método en la Investigación Científica
Los filósofos del “Circulo de Viena” guiados por los trabajos de Hume (1973) y Schilck
(1979), llegaron a considerar la importancia de demarcar el conocimiento científico de otras
formas culturales de conocimiento, particularmente la teología y la ética y mostrar la
legitimidad del conocimiento científico occidental. En 1934 se lleva a cabo precisamente
un congreso con el nombre de “Congreso para la unicidad de las ciencias” en el que el
objetivo fundamental era reflexionar sobre la unidad de las ciencias y la manera de lograrlo.
Una de las formas fue aplicar la llamada navaja de Ockham, descartando del pensamiento
científico numerosos conceptos y propuestas de la filosofía especulativa (entre ellos los
conocimientos populares o ancestrales) e imponiendo el lenguaje y el método fisicalista
como forma legítima de hacer ciencia. Todo lo que estuviera por fuera de estos parámetros
sería considerado como seudocientifico. Este rigor en el método fue asumido por muchas
disciplinas como la psicología, la biología, la química entre otras, quienes encontraron en
las tesis fisicalistas su validación y legitimad en los círculos académicos.
Este problema de la unificación del método y una demarcación desde los parámetros
fisicalistas generó reacciones en las que algunas disciplinas, como la medicina, no
asociaron su método de investigación los parámetros establecidos.
La ciencia se suele presentar en la enseñanza a través del llamado “método científico”
cuyos parámetros hacen pensar al estudiante que es posible llegar al conocimiento
científico si simplemente aplicamos estos criterios: observación, hipótesis,
experimentación, verificación... Este equívoco ha sido cuestionado hoy en día, pues,
incluso la propia física, en su historia muestra métodos de investigación diversos. Esto lo
expresa más claramente Feyerabend (1989), en su libro contra el método, para quien en la
investigación científica “todo vale”. No hay una ciencia unificada, lo que hay es una
actividad científica diversa que responde a necesidades e intereses distintos en diferentes
contextos sociales y culturales.
55
El Papel Demostrativo del Experimento
El problema de la verificación esta ligado al de la predicción de las teorías. En un principio,
verificar era poder constatar los enunciados en su sentido lógico, se creía en la posibilidad
de una verificación concluyente de los enunciados científicos a partir de proposiciones
elementales. Posteriormente se fue derivando hacia tesis menos estrictas, llegando incluso a
considerar, como lo hace Schlick (1979) que el último paso de verificación ha de consistir
en observaciones o en percepciones de los sentidos. Lo esencial del saber científico para el
círculo de Viena es la capacidad de predecir exactamente fenómenos físico – naturales
(Echeverria 2003). El demostrar o verificar lo que predice una ley o una teoría era razón
fundamental para considerar su validez científica. La influencia de Carnap (1995) y de
Hempel (1988), ayudó para que las ideas de verificación asociadas a las teorías científicas
fueran consideradas casi como la única forma legítima de proceder de la ciencia. La
influencia del Círculo de Viena llevó a generaciones posteriores de filósofos de la ciencia a
considerar la verificabilidad experimental de sus predicciones como forma radicalmente
distinta de otros tipos de saber humano.
Para el caso en que dos teorías en igualdad de condiciones tuvieran que dirimir sus
diferencias, eso se haría a través de las verificaciones experimentales. Algunos de ellos eran
denominados “experimentos cruciales” por su protagonismo en la contienda. Tal es el caso
por ejemplo del experimento de Michelson y Morley sobre la velocidad de propagación de
la luz para dirimir entre teorías basadas en la existencia del éter y de aquéllas que no lo
consideraban relevante. Este tipo de experimentos o aquellos que predicen
comportamientos futuros (como en astronomía) fueron considerados como la máxima
prueba a la que puede ser sometida una teoría. En términos de Popper, falsar una teoría era
sencillamente someterla a la prueba experimental.
Si algo hay del legado del positivismo y el empirismo lógico que haya influido
notablemente en la enseñanza de las ciencias es el papel del experimento como
56
comprobador o verificador de teorías. Usualmente la enseñanza de la física se basa en la
transmisión del conocimiento de leyes y teorías en lenguajes técnicos y matemáticos con su
correspondiente demostración experimental. Por ejemplo para hacer evidente la teoría de la
electricidad como flujo de electrones (propio de la visión de fluidos) se hace un
experimento de frotación y con la evidencia de una aguja que se mueve libremente,
“demuestran” la existencia de cargas eléctricas que se mueven por un conductor.
Echeverria (2003) considera que estudios posteriores han mostrado que los procedimientos
de verificación no son tan inocuos como se supuso en el Circulo de Viena, ya que sucede
con frecuencia que los aparatos de observación y de medición presuponen en su propia
construcción algunas otras teorías científicas e incluso la teoría misma que se trata de
verificar. Hacking, Pikering y otros filósofos de la ciencia, aportarán las bases de tal
orientación, que, como veremos mas adelante genera nuevas consideraciones del papel de
la experimentación en la actividad científica que determina nuevas implicaciones en la
enseñanza de la física.
La Justificación sobre el Descubrimiento
Una distinción que propuso Reichenbach (1966) y que incidió profundamente en la
filosofía de la ciencia fue la distinción entre el contexto de descubrimiento y el contexto de
justificación. Según esta distinción, es necesario diferenciar entre epistemología y filosofía
de la ciencia. La tarea que deben realizar los epistemólogos es la “reconstrucción lógica” de
la ciencia y conforme a dicha propuesta el filosofo de la ciencia no tiene por qué ocuparse
de cómo se llega a producir un descubrimiento científico: según Echeverria (2003) lo
importante no son las fases previas ni las intermedias, sino el resultado final, que suele
expresarse en forma de artículo o libros. Al respecto dice:
“La epistemología está interesada sólo en las relaciones internas, mientras que la
sociología, aunque pueda considerar parcialmente relaciones internas, siempre las mezcla
con relaciones externas (…) podemos entonces decir que a la tarea descriptiva de la
57
epistemología le interesa la estructura interna del conocimiento y no las características
externas que se le presentan a un observador que no toma en consideración su contenido.”
Y más adelante afirma
“así pues la filosofía de la ciencia parte de las teorías y experimentos realizados por los
científicos, pero no los toma tal y como fueron, sino que los reconstruye, intentando
clarificar su estructura lógica”
Para Reichenbach las cuestiones relativas al contexto en que se verifican los
descubrimientos científicos no son objeto de la epistemología ni de la filosofía de la ciencia
sino de la psicología y de la historia. Esta distinción terminó por afectar por varias décadas
a la concepción de ciencia, generando una profunda influencia en las investigaciones
posteriores en filosofía de la ciencia. Gracias a los trabajos de Kuhn (1962) se pudo romper
esta distinción y avanzar en una filosofía historicista que reconoce los factores internos y
externos en la filosofía de la ciencia.
Un aspecto central de la enseñanza usual de la física es considerar como objeto de
enseñanza los productos de la ciencia, esto es las leyes y teorías sin tener en cuenta los
contextos de su producción. Se enseñan las leyes de Newton, la teoría de la gravitación
universal o las ecuaciones de Maxwell para el electromagnetismo, pero no se tipifica la
actividad del científico como tal; no se considera los experimentos preliminares ni las ideas
organizadoras de los modelos, como tampoco los intereses sociales y la tendencia
ideológica del investigador. En esta tesis se pretende avanzar precisamente en consolidar
una imagen de ciencia más cercana a la actividad del científico antes que a los productos de
la misma.
58
4.1.2 Aportes de la Filosofía Historicista de las Ciencias
La Naturaleza de la Actividad Científica
La actividad científica del siglo XIX en física, particularmente los trabajos científicos de
Faraday, Maxwell, Boltzman y Hertz, entre otros, promovieron una nueva forma de
explicar los fenómenos naturales, especialmente fenómenos ópticos y eléctricos, distinta a
la mecánica newtoniana que era oficialmente aceptada por la comunidad científica de la
época. Como resultado de ello surge la teoría electromagnética, la teoría de la relatividad, la
mecánica cuántica, la física de probabilidades y la teoría del caos y complejidad entre otras.
Darwin, Wallace y Mendel cambiaron la biología, Dalton, Lavoisier y Mendeleiev
transformaron la química. La validez y aceptación de las nuevas teorías al interior de la
comunidad científica y la incapacidad de la mecánica de explicar los nuevos fenómenos,
promovió el cuestionamiento de la validez de la mecánica como teoría universal y por tanto
una revisión profunda de sus bases y fundamentos (Einstein 1939). Los propios científicos
y filósofos de la ciencia se vieron abocados a reflexionar sobre el carácter universal y
objetivo del conocimiento, cuestionar el concepto de verdad, cuestionar la validez del
método, el papel del experimento, la existencia ontológica de las leyes y el pensamiento
determinista. Un primer paso decisivo en esta transformación fue la noción del hecho
científico.
Los Sistemas de Representación Desde los tiempos antiguos hasta nuestros días, el hombre ha buscado formas de
representar el mundo que lo rodea (Restrepo 1999). El artista, el poeta, el científico, el
teólogo y el filósofo buscan métodos que les permitan “comprender la naturaleza”. Incluso
el hombre común y corriente construye representaciones de su mundo cotidiano. El
campesino, el obrero y el intelectual tienen sistemas de representación propios que
construyen y confrontan con la realidad propia de sus contextos culturales. La
59
preocupación por comprender los misterios de la naturaleza se mantiene, pero los métodos
y formas de pensarla son diferentes; el poeta expresa sus sentimientos y emociones en verso
o prosa, el artista los plasma en un cuadro, en una escultura o en una canción, el científico
construye hipótesis, modela experimentos y teorías y el filosofo reflexiona sobre el sentido
y esencia del conocimiento. Es en torno a las representaciones que construyen científicos y
filósofos que nos detendremos en las siguientes líneas.
Dos posturas filosóficas han hecho referencia a la manera como el hombre conoce la
naturaleza. La primera, fundamentada en el realismo establece que los principios y leyes
están en la naturaleza misma, y es deber del hombre descubrir dichas leyes. La otra,
fundamentada en la razón, establece que las leyes y principios son creaciones libres del
espirita humano (Einstein 1939), por lo tanto la realidad depende del observador, la noción
que nosotros tenemos de ella. Aunque las dos posturas se han mantenido por siglos, y son
en principio incompatibles, tiene algo en común; representan el mundo. Heidegger (1986),
filosofo realista alemán, del siglo XVII asumía la representación a través de la capacidad de
evocar lo ente. Solo en la media que construyamos estructuras de pensamiento cada vez
más depuradas, mayor será el grado de acercamiento a lo ente.
Al respecto dice:
“La esencia de lo ente se consigue en la medida que éste pueda ser representado”,
Es precisamente la búsqueda de la esencia de lo ente lo que permite que la representación
nos lleve a concebir o no su existencia ontológica. Cuanto mejor sea la representación
(modelos y teorías) más cerca estamos de la verdad de la naturaleza. El pensamiento de la
mecánica newtoniana es el mejor ejemplo.
Por el contrario, Para Kant (1975), filósofo racionalista del siglo XVIII, la esencia de lo
ente estaba en la razón. Solo podemos saber de la realidad aquello que nosotros mismos
60
construimos. Para Hegel (1966) no es posible conocer la cosa en si, solamente podremos
acercarnos a sus cualidades, en tanto el conocimiento es un instrumento de nuestra
actividad. Al ser aplicado el conocimiento como un instrumento a una cosa, dice Hegel
(1966) que:
“En efecto, si el conocimiento es el instrumento para apoderarse de la esencia absoluta,
inmediatamente se advierte que la aplicación de un instrumento a una cosa no deja ésta tal
y como ella es para sí, sino que la modela y la altera. Y si el conocimiento no es un
instrumento de nuestra actividad, sino en cierto modo, un médium pasivo a través del cual
llega a nosotros la luz de la verdad, no recibiremos esta tampoco tal y como es en sí, sino
tal y como es a través de este médium y en él”
En este sentido el conocimiento es un medio y no el fin, por lo tanto nunca tendremos
acceso a la realidad como tal. Esta debilidad humana, si la podemos llamar así, hace que las
representaciones varíen de acuerdo a la capacidad de utilización del conocimiento. El
conocimiento por ser una condición humana nos puede llevar a representaciones diferentes,
lo cual implica que no existe la verdad única y objetiva, lo que existe es una verdad que se
construye, socializa y legitima en los contextos propios de las comunidades científicas:
contextos culturales (Toulmin 2007).
La representación como acto del conocimiento es pues una construcción humana que llena
de sentido y significado aquello con lo que nos relacionamos. Heidegger hace alusión a que
el criterio de validez y veracidad de una teoría está en la “certeza de la representación” que
hacemos de ella. La certeza a la que se refiere, está en la forma como una teoría puede ser
modelada, argumentada, matematizada, contrastada y experimentada; es decir, en los
métodos de representación. Una teoría como la newtoniana es una representación ampliada
de la teoría aristotélica en tanto sus métodos de representación son más amplios.
Sin embargo, ¿Puede una teoría, ser una representación ampliada de otra anterior? ¿Es la
61
mecánica newtoniana una representación ampliada de la visión aristotélica? Kuhn (1962)
recogiendo la tradición racionalista y relativista del pensamiento, expresa que dos teorías
son diferentes en tanto “los puntos de vista que las orientan son inconmensurables”.
Compara sus ideas con las teorías de la Gestalt en la cual dos personas pueden observar un
mismo objeto o apreciar un mismo fenómeno, pero las representaciones que construyen en
torno al mismo son diferentes. La representación de una mesa por parte de un ebanista es
diferente de la que se hace un artista, la representación del poeta sobre el cielo o la luna es
diferente de la del científico. Más aún, la representación de un científico sobre el
movimiento de los cuerpos es diferente a la de otro científico, aunque estén hablando del
mismo fenómeno o concepto. Un fenómeno como el movimiento de los cuerpos es
explicado desde la visión aristotélica como un sistema completo de representación y
explicado desde la mecánica newtoniana como otro sistema completo de representación y
distinto al aristotélico.
La idea de inconmensurabilidad introducida por Kuhn (1962) sugiere, además, que el
lenguaje en el cual se expresa un sistema de representaciones es diferente entre dos teorías,
a pesar de que los términos o expresiones sean idénticos sus sentidos son completamente
diferentes. Al respecto dice:
“Dos hombres que perciben la misma situación de modo diferente, no se valen sin embargo
del mismo vocabulario, al discutirlo tienen que estar valiéndose de las palabras de un
modo distinto”
El fenómeno eléctrico es un ejemplo típico de esta descripción. El término fuerza eléctrica
fue utilizado en el sistema de representación newtoniano como una acción directa y a
distancia que actúa en forma instantánea entre las cargas eléctricas, mientras que en el
sistema de representación de campos es usado para representar acciones contiguas que se
transmiten en el medio. En ambas teorías el concepto es diferente y responde a maneras
diversas de ver y representar la naturaleza. El significado de la de fuerza eléctrica expresada
62
por Coulomb es diferente de sugerida por Faraday. Las expresiones matemáticas pueden
ser iguales, pero las posturas epistemológicas son diferentes, incluso contrarias, mientras
que para el primero la fuerza es una acción directa, instantánea y a distancia, para el
segundo, es una acción contigua que se propaga en el espacio y tarda tiempo en
comunicarse. En este orden de ideas, la física newtoniana no es una visión más amplia de la
física aristotélica, ni la relatividad una visión ampliada de la newtoniana. Cada una
responde a una representación del mundo, en un contexto y en una época determinada3
.
Además, estas representaciones aunque utilicen las mismas palabras, se refieren a los
conceptos de manera distinta. Sus significados son diferentes.
La construcción del Hecho Científico
Cuestionar la noción de “hecho” propuesta por el circulo de Viena y sugerir que los hechos
son construcciones sociales fue el aporte del cientifico polaco L. Fleck (1934), cuya
influencia en la obra de Kuhn y la filosofía historicista fue determinante. Esta propuesta
transforma la noción de realidad como algo dado que simplemente está allí y pasa a tener
en cuenta al observador (científico), ya no como actor contemplativo, sino más bien como
constructor de los hechos, las leyes y las teorías sobre la naturaleza. Según Fleck:
“Los hechos o la realidad no son cosas que se ofrezcan simple y directamente sino que
tiene que surgir una relación especifica de lo percibido con el colectivo de pensamiento”
El colectivo de pensamiento hace referencia a la tradición en la investigación. No aparece
nada mágicamente y nada está ahí porque sí, solamente si tenemos construido un
pensamiento llegaremos a construir un sentido a la realidad misma, sentido que depende de
nuestra formación y nuestras condiciones sociales y culturales. Al respecto Fleck (1935)
3 Incluso entre los mismos aristotélicos existen representaciones diferentes; por ejemplo el modelo de representación del universo de Ptolomeo es diferente al de Aristóteles. Al interior de la mecánica clásica, existen representación diferente como son de Lagrange, la de Leibniz, la de Descartes, la de Euler que son diferentes entre ellas y a la de Newton.
63
dice que:
“Sólo teniendo en cuenta las condiciones sociales y culturales del conocer puede hacerse
comprensible la aparición de muchas otras ¡realidades! Junto a la realidad establecida
por las ciencias naturales, por lo tanto al igual que cada individuo posee una realidad
propia, todo grupo social dispone de una realidad social determinada y específica. Por lo
tanto, el conocer, en cuanto actividad social, está unido a las condiciones sociales de los
individuos que lo llevan a cabo. Cada saber forma consecuentemente su propio estilo de
pensamiento con el que comprende los problemas y los orienta, de acuerdo a sus objetivos,
pero la elección de problemas determina la forma de ver especifica en la observación del
objeto. La verdad conocida es por tanto relativa al objeto prefijado del saber”
Desde esta perspectiva la verdad ya no está en la naturaleza sino que es una relación que se
construye, se valida y se legitima socialmente. Pensar en muchas realidades no era posible
hasta la mecánica clásica, pero posteriormente, sobre todo con la relatividad y la mecánica
cuántica, la realidad depende del observador y de sus intereses. Al respecto Fleck (1935)
dice:
“Ni al sujeto ni al objeto le pertenece una realidad independiente; toda existencia se basa
en una realidad reciproca y es relativa, ya que a medida que el conocer avanza transforma
inevitablemente la realidad”.
Cuestionar el concepto de verdad científica permitió la construcción de nuevos sentidos
para el conocimiento de la naturaleza. Heisenberg (1985), quien fuera creador del principio
de incertidumbre en la mecánica cuántica, afirma que la verdad ya no está en la naturaleza
sino en lo que nosotros creemos de ella. Al respecto dice que:
“En la medida en que en nuestro tiempo puede hablarse de una imagen de la naturaleza
propia de la ciencia natural exacta, la imagen no lo es en último análisis de la naturaleza
64
en si; se trata de una imagen de nuestra relación con la naturaleza”
Desde este enfoque la naturaleza deja de ser exterior y sus leyes dejan de ser objetivas y
pasa a ser parte de una relación mutua con el observador, en este sentido el hombre es quien
construye la realidad y las leyes resultan ser modelos y elaboraciones que responden a los
interrogantes que le hacemos a la naturaleza. Por eso Heisenberg (1976), continúa diciendo
que:
“Las leyes naturales que se formulan matemáticamente en la teoría cuántica no se refieren
ya a las partículas elementales en si, sino a nuestro conocimiento de dichas partículas”
La filosofía de las ciencias siguiendo el curso de esta actividad científica llegó a considerar
que no existen verdades últimas y que por lo tanto todo pensamiento sobre la naturaleza es
relativo y depende de contextos de producción. Wittgenstein (1968) decía que todo
conocimiento depende del contexto de producción y está amarrado a él. El propio Fleck
(1934) considera que:
“la mayor parte de las veces, la teoría del conocimiento comete un fallo fundamental: toma
en consideración, casi exclusivamente, hechos comunes de la vida cotidiana o de la física
clásica como los únicos seguros y dignos de investigación. De esta forma, se produce, ya
en el comienzo de la investigación, una evaluación ingenua que tiene como consecuencia la
superficialización de los resultados. Además hemos perdido la posibilidad de conseguir un
conocimiento crítico del mecanismo cognoscitivo y damos por sentado el hecho, por
ejemplo de que la persona normal tiene dos ojos. Este mecanismo se nos ha vuelto tan
evidente que no nos resulta problemático, no sentimos ya nuestra actividad en este acto
cognoscitivo, sino solo nuestra pasividad total frente a una fuerza independiente, a la que
denominamos “existencia” o “realidad”. Nos comportamos en esto como alguien que
realiza diariamente los actos rituales o acostumbrados de una forma mecánica: sus
acciones han dejado de ser una actividad libre, se siente compelido a llevar a cabo
65
precisamente estos y no otros”.
El mensaje es claro en afirmar que nos acostumbramos a realizar actos rituales de una
forma mecánica con pasividad frente al conocimiento y percibiendo únicamente la realidad
que nos hacen ver, perdiéndose la actividad libre y espontánea del conocer.
El Papel Fenomenológico de la Experimentación
Desde que se configuró con Galileo la llamada ciencia experimental, ésta ha generado
múltiples reflexiones por parte de la filosofía de la ciencia y de otras disciplinas en torno al
papel del experimento en la actividad científica. Para corrientes de pensamiento como el
positivismo el experimento es demostrativo, permite falsear teorías o también resultan ser
cruciales para dirimir entre teorías enfrentadas, mientras que para otras corrientes el
experimento responde a elaboraciones teóricas, no para contrastarlas sino para
enriquecerlas y dimensionarlas. Artigas (1989) dice que:
“no existe un control experimental que sea totalmente independiente de interpretaciones
teóricas”
En este sentido el experimento cumple una función esencial en la construcción del
conocimiento. La filosofía de la ciencia se ha ocupado siempre de la relación entre la teoría
y el experimento, pero éste siempre ha sido supeditado a aquélla. Los filósofos del Circulo
de Viena, centran la atención en el debate sobre la producción de las teorías científicas,
llegando a considerarse al experimento como comprobador o verificador de teorías (Carnap
1995) o el papel de falsador de las mismas (Popper 1935). Solamente hasta la aparición del
libro “La estructura de las revoluciones científicas” de Kuhn (1962), se sugirió que no hay
distinción definida entre teoría y observación y que el contexto de justificación no puede
separarse del contexto de descubrimiento. La importancia de estas ideas promovieron
nuevos enfoques en la filosofía de la ciencias, siendo uno de ellos la llamada filosofía de la
66
experimentación (Hacking 1996), donde se da un giro a la relación teoría y practica
experimental, dando importancia y reivindicando el papel de la experimentación. El giro
hacia el estudio de la práctica, en filosofía de la ciencia, obliga a que los temas de
racionalidad, objetividad, verdad y mundo dejen de ser tratados desde la teoría y a que se
redefinan nuevos problemas filosóficos, promoviendo una nueva imagen de la ciencia.
(Iglesias 2004).
Hacking (1996) hace notar que:
“La filosofía debía empezar a reflexionar sobre lo que comenzó por allá en el siglo XVII.
La aventura que entonces se inició, y que puso por base la experimentación, fue llamada
filosofía experimental”
En este sentido la tradición experimental no es nueva, los antiguos griegos ya realizaban
“experimentos” (Arquímedes, Hieron…) Pero Gilbert y Galileo son los primeros en
sistematizar y caracterizar publicaciones donde la base empírica de la física está formada
por resultados experimentales (Ordóñez y Ferreiros 2002). En el estudio de la electricidad,
científicos que aportaron al desarrollo de las prácticas experimentales fueron Gray,
Hauskbee, volta, Franklin, Faraday…El caso de Faraday es llamativo porque los
historiadores han encontrado que sus trabajos fueron una genuina base experimental, esto
es, los experimentos tenían vida propia, el laboratorio era un espacio de construcción de
conocimiento. La base empírica genuina no consistía en un conjunto de situaciones
naturales, sino que los experimentos eran creados, los aparatos se diseñaban y construían
para producir o evidenciar efectos deseados (fenomenotécnia).
Con las investigaciones de estudios de caso, los filósofos de la ciencia quieren poner de
manifiesto la carga experimental (Hacking 1983) (Franklin 2002 y 1990) (Galison 1987)
(Pickering 1992, 1995) (Gooding 1990) (Gooding, Pinch y Schaffer 1989) y avanzar hacia
una nueva imagen de ciencia, llegando a considerar que la miseria del teoreticismo está en
67
reducir la riqueza y la complejidad del proceder científico a un asunto de mera elaboración
conceptual, dejando de lado la riqueza del conocimiento que se esconde detrás de las
practicas experimentales (Ordóñez y Ferreiros 2002).
Reconocer entonces la importancia y la validez de las prácticas experimentales en la
constitución de la ciencia, su función independiente de la teoría o en equilibrio con ella, y
no supeditado a ella solamente en el papel verificacionista o falsacionista que usualmente
se le ha otorgado, es el fundamento de este campo de investigación de la filosofía.
Para Pickering (1995) en la producción de cualquier resultado experimental entran en juego
tres elementos fundamentales: un procedimiento material, un modelo instrumental y un
modelo fenoménico:
El procedimiento material. Disponer de los aparatos e instrumentos necesarios, verificar
que funcionen y controlar su funcionamiento encierra un conocimiento práctico
El modelo instrumental. En el diseño, realización e interpretación del experimento, es
fundamental la comprensión conceptual del funcionamiento de aparatos e instrumentos. El
experimentador tiene un modelo conceptual que le permite identificar, aplicar y usar los
aparatos.
El modelo fenoménico. Está en la comprensión conceptual de los aspectos del mundo
fenomenológico que es estudiado por parte del experimentador. Sin él, los resultados
carecerían de sentido y significación y no podrían ser interpretados.
La experimentación supone observaciones y experiencias, la observación sería imposible
sin la percepción de señales sensibles. La experimentación es una actividad que supone la
intervención activa en los procesos naturales con el objeto de obtener respuestas a las
preguntas formuladas hipotéticamente, de acuerdo con un plan establecido (Latour 1995).
68
En la propia experimentación podemos distinguir entre experimentos cualitativos y
cuantitativos o experimentación exploratoria y experimentación guiada. Para filósofos e
historiadores de la ciencia en la escuela del positivismo, era común describir los procesos
de elaboración de teorías científicas a partir de mediciones y datos cuantitativos precisos,
los experimentos cuantitativos eran el referente de las investigaciones. Esta versión
simplificada del método científico llevó a borrar del mapa la experimentación cualitativa
(Ordóñez y Ferreiros 2002).
Los nuevos filósofos e historiadores rescatan ahora el papel de los experimentos
cualitativos y su incidencia en la construcción de conocimiento. La experimentación en este
sentido se aleja de la vieja tradición de estar orientada por la teoría, como lo llegó a sugerir
Popper (1935) “solo cabe realizar experimentos a la luz de las preguntas y los conceptos
determinados por una teoría” y pasa a tener vida propia, independiente de la teoría, como
lo sugiere Hacking (1983) y Franklin (2002) (1990)
“Y es que, al menos en física, los experimentos cualitativos han sido una parte fundamental
de los procesos de formación de conceptos (procesos de formación de datos)”.
Por ejemplo, los experimentos cualitativos en electromagnetismo desempeñaron, desde el
primer resultado de Oersted en 1820, un papel fundamental en la elaboración de nociones
como líneas de fuerza y campo. Oersted y el propio Faraday trabajaron de manera más
intuitiva y directa, modelando sus concepciones según algunos rasgos fenomenológicos (o
fenomenotécnicos) que surgían directamente de los experimentos que realizaron y como
resultado del experimento: el modelo fenoménico es refinado, acomodado y especificado
con mayor precisión (Ordóñez y Ferreiros 2002)
Se reconoce además la importancia de la experimentación cualitativa exploratoria que suele
estar presente en las primeras fases del desarrollo de una ciencia, pero que no por ello es
menos valiosa que los experimentos cruciales (experimentación cuantitativa guiada) en la
69
estructuración de la ciencia. Este tipo de experimentación resulta interesante desde el punto
de vista epistemológico porque permite caracterizar la edad temprana de una ciencia, por
ejemplo como lo sugiere Heilbron (1979) en su análisis histórico sobre la electricidad; este
“juego” exploratorio posibilitó la distinción entre materiales conductores y no conductores.
O en los estudios de Steinle (2002) para quien la simple variación de lugar de la aguja
respecto al hilo en el experimento de Oersted, planteaba dificultades al enfoque de Newton-
Laplace de fuerzas centrales
Otro aspecto que resulta importante desde la filosofía de la experimentación es el tipo de
discurso que hay en la propia experimentación. No se corresponde con el que en la
concepción heredada se le asigna a la inducción y la deducción. En la experimentación
existe una forma de argumentar y de conocimiento diferente al fenómeno de la deducción
(Galison 1987). Es necesario admitir que en la acción hay pensamiento; esto implica
romper y superar el dualismo cartesiano que divide mente y cuerpo, naturaleza y cultura.
Hay un lenguaje diferente que se expresa en la actividad experimental y del cual surgen
pensamientos e ideas que posteriormente se articulan conceptualmente. El conocimiento
experimental está presente al diseñar y construir aparatos, también lo es manipular
entidades y crear fenómenos…
Hemos de reconocer entonces que en la actividad experimental hay una riqueza conceptual
que no había sido reconocida ni valorada en su justa dimensión. Tener presente que en la
experimentación, como lo sugiere Mercedes Iglesias (2004)
“la naturaleza no se nos muestra ella por si sola: ella se abre, se despliega, según lo
imponga la manera a la que fue sometida en una acción especifica”
¿Qué papel juega entonces la teoría? Para no caer en tendencias relativistas, es importante
apuntar a una interacción entre ambas, teoría y experimentación, donde la una no sea
subsidiaria de la otra sino que se complementen mutuamente. Para ello es necesario
70
replantear las formas de representar el conocimiento, donde la denominación de “práctica
científica”, que hace referencia a la actividad de los científicos no sea determinada solo por
el producto (teorías) sino también el proceso de dicha actividad (práctica) (Estany 2007).
Un aporte en esta dirección lo sugiere Hutchins (2005) (1995) al proponer el enfoque de la
cognición socialmente distribuida, donde lo relevante del conocimiento (cognición) no es
que este influenciado por la sociedad y la cultura sino que es en si, un proceso cultural o
social. Así pues la ciencia es una actividad cultural, realizada de acuerdo con necesidades e
intereses individuales y sociales, económicos y políticos, éticos y estéticos. Lo importante
de este enfoque es que se considera, además de la conducta y el proceder del científico los
procesos cognitivos que intervienen en dicha conducta, esto es, necesidades, intereses y
formas de ver el mundo, de describirlo, caracterizarlo y modelarlo, tendiendo en cuenta los
contextos sociales y culturales en los que se desarrolla (García y Estany 2010) .
Finalmente debemos reconocer que la nueva imagen de ciencia está orientada por una
relación entre la teoría y el experimento mucho más profunda y con mayor riqueza
conceptual. Los filósofos e historiadores han mantenido hasta el momento una relación de
dependencia del experimento a la teoría, pero las nuevas corrientes filosóficas promueven
la importancia de la “vida propia” que posee la experimentación en la construcción de la
ciencia, y que, como dice Iglesias (2004)
“cuando se asume la perspectiva de estudios de casos, se encuentra que no es la teoría la
que siempre ha guiado la ciencia, que la relación entre teoría y experimento ha sido
diversa y no unitaria como han querido mostrarnos la historia y la filosofía de la ciencia”
Tener este distanciamiento frente a las formas explicativas usuales permite establecer que
las verdades no son reveladas por la autoridad del modelo, sino que ellas se construyen en
la medida que podemos validar nuestras formas de organización y socializarla en el
contexto cultural en el que nos movemos. Dentro del enfoque que nos orienta se aborda el
conocimiento como una construcción de sentidos, significados y explicaciones, en la que se
71
presenta una imagen de la ciencia como actividad cultural. Ello implica elaborar formas de
organización de acuerdo a las preocupaciones individuales en torno al los fenómenos
abordados. Dichas formas de organización son dinámicas y se transforman en la medida
que se amplían las explicaciones. En este enfoque el compromiso no es con las teorías o
modelos de explicación establecidos, al contrario, se hace posible tomar distancia frente a
los modelos explicativos y entrar a analizar la experiencia misma (García 1999).
En la propuesta que hacemos la experiencia es asumida de una forma diferente. En la
organización de los fenómenos físicos la experiencia no está dada, hay que construirla.
Construir experiencia es llenar de sentido una actividad en la que la práctica es un medio de
constante reflexión sobre el fenómeno abordado (Ayala 2004), o como lo sugiere Koponen
y Mântilâ (2006), una reconstrucción significativa de la actividad experimental. En este
sentido construir experiencia que sea sensible a partir de las preocupaciones individuales
resulta significativo. En el caso de electrostática la experiencia que se encuentra en los
libros de texto corresponde a un esquema de mezcla de imágenes en las que para evidenciar
la existencia de cargas eléctricas se parte de acciones de atracción y repulsión asumiendo
acriticamente que las repulsiones son debidas a cargas contrarias y que las atracciones lo
son a cargas iguales. En la propuesta que se hace aquí, la experiencia sobre los fenómenos
electrostáticos no está dada, es necesario empezar a construirla a partir de las preguntas e
indagaciones históricas y, en la misma medida, sugiere nuevas preguntas y por lo tanto
nuevas experiencias que hacen que la imagen del fenómeno se amplíe cada vez más.
Para la didáctica de las ciencias las prácticas experimentales son relevantes. Los estudiantes
hacen prácticas, observan fenómenos, toman datos, hacen registros y manipulan aparatos.
Los libros de texto sugieren en muchos casos la realización de experimentos y su carácter
es esencialmente demostrativo. Pero la reflexión sobre la importancia y finalidad de la
experimentación ha sido marginal, las preguntas ¿Qué imagen de ciencia se promueve a
partir de ellos? y ¿Qué intención orienta al autor cuando presenta experimentos? sugieren
una revisión de su finalidad en los procesos de formación (García y Estany 2010).
72
La Actividad Científica como Actividad Cultural
Uno de los primeros filósofos que hizo referencias directa a la perspectiva cultural fue
Spengler, quien desde una teoría de la historia mundial sobre la decadencia de occidente
consideraba que todo conocimiento está inserto en un contexto cultural; la física y las
matemáticas son tratadas junto al arte, la música y la religión como completamente
condicionadas culturalmente. Al respecto Paul Forman (1984) transcribe de él que:
Simplemente no existen otras concepciones que no sean las antropomórficas…y así es con
toda teoría física, no importa lo bien fundada que esté. Todo eso es en si mismo un mito
antropomórficamente prefigurado en todos sus detalles. No existe ciencia natural pura, ni
siquiera existe ciencia natural que pueda ser considerada común a todos los hombres…
Cada cultura tiene sus propias posibilidades de auto-expresión que surgen, maduran,
declinan y nunca vuelven. No existe una cultura, una pintura, una matemática, una física,
sino muchas, cada una diferente de la otra en su esencia más profunda, cada una limitada
en duración y auto-contenida”.
Por lo tanto no se puede imponer métodos para conocer la naturaleza, estos responden más
a las demandas sociales y culturales que a las doctrinas filosóficas. Fleck (1934) al respecto
afirma:
“La ciencia es algo realizado cooperativamente por personas, por eso debe tenerse en
cuenta de forma preferencial, además de las convicciones empíricas y especulativas de los
individuos las estructuras sociológicas y las convicciones que unen entre si a los
científicos”
La sugerencia de Fleck (1934) es que no se puede desconocer que hay una sociedad que nos
determina y a la cual nosotros determinamos. Esta relación biunívoca no es universal, es
relativa al contexto social y las problemáticas surgen de las necesidades personales pero en
73
el ámbito social que nos implica. Fleck analiza de forma sistemática la relación entre el
objeto, la actividad cognitiva del sujeto y el marco social de la ciencia. Distingue tres tipos
de factores sociales influyentes en toda actividad cognitiva:
1- El peso de la formación: en toda transmisión de conocimiento, durante el proceso de
aprendizaje, se produce de forma imperceptible un desplazamiento del contenido cognitivo,
el conocimiento se transforma al pasar de una persona a otra.
2- La carga de la tradición. Todo conocer nuevo está conformado por lo ya conocido
3- La repercusión de la sucesión del saber. Para Fleck (1934) es claro que:
“No existe algo así como un observador libre de presupuestos, siempre hay implicadas
decisiones y, sobre todo, hábitos propios del estilo de pensamiento que mediatiza la
constatación de las características de lo observado”
Vemos entonces como la perspectiva cultural lo que busca es considerar la actividad
científica como una actividad cultural similar a las demás actividades del ser humano, que
no se diferencian entre si mas que por sus métodos. En este sentido la física no tiene un
estatus superior de conocimiento como tampoco la ciencia debe ser reducida al fisicalismo.
Por el contrario, lo importante es reconocer la diversidad de contextos y de actividades en
la investigación científica.
4.1.3 Historia y Enseñanza de las Ciencias
Los aportes que las distintas disciplinas han hecho a la didáctica de las ciencias se hacen
cada vez mas explícitas. La filosofía de las ciencias, la historia de las ciencias, la sociología
de las ciencia, la psicología cognitiva y social e incluso la lingüística y la antropología de
las ciencias, así mismo la educación y la pedagogía han hecho aportaciones muy
importantes. El debate sobre el papel de la historia de la ciencia es central para la didáctica,
debate que, si bien brinda aportes fundamentales, es importante considerar que al interior
74
hay diferencias de enfoques y planteamientos. Dos enfoques relevantes son: la concepción
positivista y la filosofía historicista de la ciencia.
La Historia Positivista del Conocimiento
Desde la perspectiva considerada anteriormente sobre el carácter ontológico de realidad,
donde los hechos y fenómenos naturales existen en la naturaleza, independientes del
observador y que el papel del científico es descubrir las leyes que están en la naturaleza,
como lo sugería el filosofo Berkeley (1962) (1948), el papel del historiador se restringe a
organizar los datos, que son los que le permiten verificar la realidad que debe contar. Los
historiadores de la ciencia formados en esta concepción positivista, llegaron a considerar
que lo importante era identificar un carácter lineal, progresista y evolutivo del
conocimiento científico. En este sentido lo importante es saber quién, cuándo, dónde y de
qué manera se descubrió algo o se inventó alguna máquina. El énfasis estaba en seguir el
rastro al concepto o la idea, mostrar los triunfos de las teorías sobre sus competidoras y
mostrar la evolución del concepto hasta nuestros días, es decir mostrar la ciencia como un
producto acabado y las leyes y teorías como el resultado que se debe divulgar. Las
dificultades, desaciertos o debates internos de los científicos no eran relevantes, como
tampoco la incidencia del contexto social.
El historiador Edward Carr (1978) lo caracteriza de la siguiente forma:
“Generalmente la historia se identifica con el pasado, con los hechos que ya ocurrieron y
corresponde al historiador mostrar lo que realmente sucedió. El pasado está constituido
por hechos reales, evidentes, y el historiador debe contar esa realidad objetiva: los hechos
son sagrados…los hechos hablan por si solos”
Esta manera de hacer HC es criticada con especial énfasis por filósofos e historiadores
contemporáneos. Mariano Artigas (1989) cuestiona esta concepción de ciencia así:
75
“Los conocimientos suelen ser expuestos de modo atemporal como verdades establecidas,
prescindiendo del contexto en que han surgido y se han desarrollado o limitándolo en todo
caso a referencias históricas aisladas. De ahí resulta una imagen de ciencia en la que ésta
se presenta como un conjunto de conocimientos reconocidos universalmente y validos sin
restricción. Se trataría de un proceso acumulativo en el que se coloca un ladrillo tras otro
hasta ir completando el edificio, de tal modo que cada ladrillo sería una adquisición
definitiva e intangible”
Y Carr se refiriere a ella de la siguiente manera:
“La historia (desde esta concepción) consiste en un cuerpo de hechos verificados... lo
mismo que los pescados sobre un mostrador de una pescadería. El historiador los reúne, se
los lleva a casa, donde los guisa y los sirve como a él le apetece”
De acuerdo con Carr dentro de esta imagen de ciencia como “producto científico” el
historiador selecciona lo que considera debe ser contado, los demás hechos los deja a un
lado. La historia así seleccionada se fundamenta en poder encontrar “hechos históricos” que
resulten significativos para enriquecer la verdad del concepto o de la ley que se quiere
ilustrar.
Ya Kuhn (1962) había sugerido que la actividad de los historiadores debería reorientarse,
cuestiona el modelo de ciencia establecido diciendo que:
“Los nuevos historiadores y textos que hacen uso de la historia, comiencen a plantear
nuevos tipos de preguntas y a trazar lineas diferentes de desarrollo para las ciencias en las
que no se tenga en cuenta lo acumulativo”
Por otra parte los conflictos generados por el desarrollo de la ciencia positiva y su
vinculación con la tecnología comenzaron a tener dificultades serias después de la primera
76
guerra mundial. El temor en torno al uso irracional de la tecnología y la creencia férrea en
leyes deterministas del universo generaron reacción al interior de las propias comunidades
científicas y muchos científicos y filósofos de la ciencia cuestionaron la autoridad, el
método y el carácter impersonal de la ciencia positiva4
, revaluando así sus prácticas y
métodos de investigación. Promover una imagen de la ciencia mas humana, con fortalezas
y debilidades, donde el científico sea asumido en un rol más directo como agente social, fue
parte de la actividad que orientó las investigaciones posteriores (Hacking 1985).
Las investigaciones en didáctica que abordan el problema ¿Qué enseñar en ciencias?,
avanzan en preguntas asociadas al ¿cómo? y al ¿para qué? de la enseñanza (Rué 2002)
(Duschl 1997) (Izquierdo 2005), lo cual implica a su vez, replantear las concepciones de
ciencia que las orientan. Algunos libros de texto de introducción a la física que incorporan
la HC en sus páginas lo hacen a través de narraciones o relatos de las hazañas o
descubrimientos científicos, así como aspectos de la vida y obra del científico. Cuando la
ciencia es considerada como el resultado mismo de la investigación científica, las leyes o
principios se hacen universales y por lo tanto independientes de quienes las producen, de
las polémicas que dan lugar a los mismos, de los intereses a los que responden, en fin, de
los contextos de su producción y validación. El conocimiento científico se hace objetivo y
universal. Desde esta imagen y teniendo en cuenta su relación en el tiempo, los productos
de la actividad científica a lo largo de su historia suelen ser catalogados de las dos formas
siguientes: 1) son base de desarrollo de otros que los contienen y superan (la mecánica de
Newton es considerada como el fundamento de toda la mecánica clásica, por ejemplo, en
tanto que la mecánica Lagrangiana la comprende, al ser concebida ésta como una forma
más general de la mecánica clásica), 2) Los desarrollos posteriores hacen evidente su
falsedad (así, la teoría del calórico suele ser considerada falsa mientras la teoría cinética del
4 Paúl Forman en su libro “la Cultura en Weimar” considera que el surgimiento de la mecánica cuantica en Alemania se generó como reacción social de la comunidad alemana, incluyendo los científicos, respecto a la derrota en la I guerra mundial justificada por las leyes deterministas de la mecánica, surge el movimiento indeterminista que culmina con el principio de incertidumbre de Heisenberg y el papel fundamental del observador.
77
calor es considerada verdadera). Tal clasificación se constituye en un criterio de
constitución del corpus de conocimiento, por ejemplo, denominado física.
En palabras de Kuhn, este tipo de libros de texto tergiversan el sentido de la historia y
hacen que se maneje una imagen de ciencia como una constelación de hechos, teorías y
métodos que no se corresponden con las preocupaciones e intereses que han movido el
conocimiento científico a lo largo de su desarrollo. Al respecto Kuhn (1962) dice:
“...es inevitable que la finalidad de esos libros sea persuasiva y pedagógica; un concepto
de la ciencia que se obtenga de ellos no tendrá más probabilidad que ajustarse al ideal que
los produjo, que la imagen que pueda obtenerse de una cultura nacional mediante un
folleto turístico o un texto para el aprendizaje de un idioma. La historia de la ciencia se
convierte en una disciplina que relata y registra esos incrementos de hechos sucesivos y los
obstáculos que han inhibido su acumulación”
Aprender historia de las ciencias de esta forma se convierte entonces en un ejercicio de
aprendizaje memorístico y acumulativo de información que no genera un concepto
significativo de ciencia, ya que desconoce aspectos relevantes de la actividad científica
como tal. La analogía utilizada por Kuhn para considerar lo que puede saber uno sobre un
país solamente a través de un folleto informativo es lo mismo que conocer la ciencia a
través de estos textos. Lo que sugiere es la necesidad de adentrarse en la actividad
científica, teniendo en cuenta el contexto de producción del conocimiento, sus
implicaciones socioeconómicas, la validez, el estatus y el reconocimiento de las
comunidades científicas en sus respectivas épocas e ideologías. Por lo tanto propone que:
“Los nuevos historiadores y textos que hacen uso de la historia, comiencen a plantear
nuevos tipos de preguntas y a trazar líneas diferentes de desarrollo para las ciencias en las
que no se tenga en cuenta lo acumulativo”
78
Los libros sobre HC que se han producido desde la segunda mitad del siglo XX consideran
como relevante, entre otros aspectos, mostrar las implicaciones sociales de la ciencia,
identificar las visiones de mundo que transmite la actividad científica, resignificar los
métodos de acercamiento a la naturaleza, examinar los conceptos de verdad, realidad y
legitimidad del conocimiento en nuevos contextos de pensamiento y resaltar la influencia
de las ideologías imperantes.
Concepción Positivista y Didáctica de las Ciencias
Los docentes y libros de texto, desde una imagen positivista de ciencia, consideran que lo
importante es enseñar la ciencia como producto acabado; la verdad es objetiva e
incuestionable, las leyes de la naturaleza existen independientes de quienes las producen y
los conceptos que de ellas se derivan son verdaderos y únicos, el experimento sirve para
comprobar la teoría y su validez es universal. Esta concepción de ciencia le implica al texto
un sentido de autoridad y verdad y al docente una sensación de exterioridad con el
conocimiento mismo; por lo tanto él, como mediador entre el conocimiento científico y el
conocimiento común de los estudiantes debe limitarse, tanto como el libro de texto, a
transmitir de la mejor forma posible el conocimiento científico establecido, saber las
definiciones, manejar las ecuaciones matemáticas, repetir los experimentos y resolver los
ejercicios Estos aspectos terminan siendo el eje articulador de propuestas en la enseñanza
tradicional.
Desde esta concepción de ciencia, el uso posible que se puede hacer de la historia de la
ciencia en la enseñanza es descriptivo. La historia que se presenta es anecdótica y
cronológica, donde lo importante es registrar las fechas en que se hicieron los aportes,
ubicar local y cronológicamente el autor, reseñar las anécdotas que lo llevaron a un
descubrimiento o al planteamiento de una determinada teoría y dejar constancia de los
errores. La relación de exterioridad del maestro con relación a la HC se hace evidente en
esta imagen, no se reconoce como sujeto cognoscente y transformador y por lo tanto se
79
ubica solamente como un divulgador de una historia, “la historia verdadera”. Tampoco se
reconoce al estudiante como ser activo con ideas y percepciones del mundo real.
Filosofia Historicista del conocimiento
Esta mirada a la ciencia, como actividad insertada en patrones culturales despertó el interés
de muchos historiadores que cuestionaban el positivismo lógico y la filosofía del círculo de
Viena. Desde esta perspectiva la verdad no está en la naturaleza misma, está en el hombre y
en su actividad humana y cultural (Toulmin 1996), pero éste, precisamente por su
condición humana, no puede acceder a la esencia última de las cosas; por lo tanto sus
verdades son relativas a los marcos socioculturales en los que viven (Ordóñez 2007). Esta
concepción generó una reacción interesante sobre la manera de concebir la ciencia.
Para muchos historiadores de la ciencia bajo esta concepción les resultó fundamental no
hacer HC como conocimiento universal sino un conocimiento valido dentro de un contexto
de producción (Gribbin 2002), seguramente Kuhn abrió el panorama al considerar que no
se debe mirar el pasado con los ojos del presente, esto es, los conceptos construidos en el
pasado responden a formas de ver el mundo en cada época y en cada lugar y no es que
evolucionen linealmente sino que surgen nuevas formas de ver y comprender la naturaleza
(Mason 1987). Por lo tanto otros conceptos surgen a tal punto que resultan ser
inconmensurables con los anteriores. Kuhn invita a los nuevos historiadores de la ciencia a
considerar esta idea y sugiere que:
“Los nuevos historiadores han comenzado a plantear nuevos tipos de preguntas y trazar
líneas de desarrollo diferentes para las ciencias que frecuentemente nada tienen de
acumulativas. En lugar de buscar contribuciones permanentes de una ciencia más antigua
a nuestro caudal de conocimiento, tratan de poner de manifiesto la integridad histórica de
esa ciencia en su propia época”
80
El relativismo científico, como lo sugiere el filósofo de las ciencias P. Feyerabend (2008)
(1999) (1989) brinda elementos para pensar la ciencia en una dimensión más humana,
donde las verdades no son universales sino que dependen de quien las construye, socializa
y valida y el método científico es dependiente del objeto de investigación, por lo cual no es
una norma estandarizada que deba seguir quien investiga, no existe un método único.
Debemos tener cuidado de todas maneras de no caer en el esquema reduccionista de que en
el relativismo cientifico todo se puede decir y por lo tanto “todo vale”, Ian Haking (2001)
llama la atención sobre este aspecto en lo que se ha denomindo la guerra de las ciencias o la
guerra de las culturas y aclara que la tensión se encuentra en que cuando se afirma que la
ciencia es una construcción social entonces pareciera ser que se deslejitima la verdad
universal. Al respecto dice Hacking (2001) que:
“Alguien arguye que los resultados científicos, incluso en la física fundamental son
construcciones sociales- un oponente irritado protesta diciendo que esos resultados son
descubrimientos sobre nuestro mundo que se mantienen independientes de la sociedad”
No se trata de reducir el relativismo cientifico a este nivel de discusión, es necesario
ponerlo en un plano mas profundo, para Hacking (2001):
“Nuestra experiencia de la realidad, nuestro sentido de la realidad como otra entidad, con
todo su rico y circunstancial detalle, como independiente de nosotros, no es ni un apriori
kantiano ni simplemente el producto de la maduración psicologica. Es el resultado de
procesos y actividades”
Por lo que es necesario mirar la estructura de la sociedad como una forma de cómpredernos
a nosotros mismo, reflexionar sobre la naturaleza relativa a las experiencias inmediatas y
comprender el mundo dado por supuesto y objeto de experiencia que cada persona
comparte con las demas en una sociedad.
81
El número de científicos, epistemólogos e historiadores que se orientan por esta corriente
cultural es cada vez mayor, Barnes, Bloor, Latour, Elkana, Callon, Forman, Stengers,
Prigoyine, Rañada, Collins, Morin, Lynch, y Shapin entre otros resaltan la importancia de
los aspectos culturales en la actividad científica. Stengers y Prigogine (1997) sugieren que:
“El redescubrimiento del tiempo en las ciencias del mundo fisico-quimico testifica en si
mismo que las HC no es una lenta acumulación de datos que se incorpora en un enunciado
simple y unanime, la HC es una historia conflictiva, de elecciones, de apuestas, de
redefiniciones inesperadas”.
La nueva tendencia estrecha los vínculos entre la historia y la filosofía de las ciencias en la
llamada filosofía historicista de las ciencias, a partir de la cual se reconoce, como lo hace I.
Lakatos, que la filosofía sin la historia es vacía y la historia sin la filosofía es ciega.
Posteriormente se sumaron a esta tendencia otros sociólogos, lingüistas y antropólogos de
la ciencia que encontraron en la relación ciencia, tecnología y sociedad (CTS) una fuente
interesante de investigación (Bernal, 1967). Por supuesto que también se estrecharon los
lazos entre los aportes de la filosofía de la ciencia y la enseñanza de las ciencias
(Mc.Comas, 2000).
Este grupo de historiadores de la ciencia, si los podemos considerar así, son los que
conciben la ciencia teniendo en cuenta el contexto de producción del conocimiento, esto es,
no importa solo el conocimiento en tanto que tal, sino que es necesario identificar y
caracterizar los procesos sociales e ideológicos que posibilitaron dicho conocimiento
(Shapin, 2000). Esta nueva forma de hacer HC ha permitido considerar no solo el producto
del conocimiento sino también los procesos inherentes a su elaboración. Estas nuevas
formas de hacer HC, llamados por algunos “nuevos enfoques históricos - epistemológicos”
porque relaciona de forma estrecha la epistemología con la forma de hacer HC, pone de
relieve la ciencia como la actividad en si misma y por lo tanto dinámica y cambiante, sujeta
a las condiciones de producción y transformación, en el contexto social e ideológico
82
(Rañada, 1996) en el cual actúan quienes están involucrados en el ejercicio de dicha
actividad.
La Historia de la Ciencia como Actividad Humana
El interés de la filosofía de la ciencia se desplaza entonces del positivismo (conocimientos
como productos verdaderos, objetivos, reales, independientes, acumulativos, ahistóricos e
individuales) para estudiar más de cerca la actividad de comunidades científicas, insertas en
las dinámicas culturales, las manifestaciones ideológicas y los intereses sociales
(Shapin2000). Se vuelve de interés ahora el estudio de la ciencia no como producto sino
como actividad. Los historiadores de la ciencia encuentran nuevos elementos para rastrear a
lo largo del curso de la historia explicaciones diferentes y diversas para un mismo
fenómeno, los aspectos sociales y culturales que incidieron en el nacimiento de una teoría,
los dilemas ideológicos que promovieron la imposición de unas teorías sobre otras y su
respectiva difusión, los usos sociales de la ciencia y la negación de conocimientos
ancestrales.
La pregunta que seguramente orienta las investigaciones en este campo es como la sugiere
Y. Elkana (2000) (1983), quien establece que:
“¿Existe una diferencia de base en los modos de pensamiento (ya sea en el contenido y
especialmente en la logica y en la formulación de los pensamientos) de las sociedades
occidentales y no occidentales; de las sociedades “tradicionales” y “modernas”,
“precientificas” y “cientificas” letradas e iletradas, industriales o no industriales,
desarrolladas o en vias de desarrollo, etc?”
Muchos historiadores de la ciencia comparten con Elkana que si bien hay diferencias
importantes también hay similitudes fundamentales, pero que no hay diferencia de base ni
en términos de conocimiento, ni en términos de lógica. Para la enseñanza de las ciencias
83
esto es relevante, en tanto que se puede considerar que los conocimientos científicos
responden a contextos culturales específicos, fuera de los cuales son inconmensurables,
esto es, los significados de los conceptos responden a contextos particulares fuera de los
cuales pierden su sentido y significación.
Las propuestas de enseñanza de las ciencias desde una perspectiva socio-cultural destacan
la ciencia como una actividad cultural más del hombre y acercan la brecha entre la cultura
científica y la cultura común. Rescatan las problemáticas del conocimiento en sus contextos
y promueven el carácter social y constructivista del conocimiento individual. En este
sentido Ayala, Malagon y Guerrero (2004) proponen dos consideraciones fundamentales:
1. “Reconocer que la ciencia, más que una colección de saberes con carácter de verdad
absoluta, es una actividad realizada por un grupo humano que se ha venido diferenciando
y conformando históricamente como tal mediante la construcción de formas especiales de
ver, de argumentar, de dar validez a las afirmaciones sobre el mundo y con ello, de actuar
en él”.
2. “Entender al estudiante no como un sujeto aislado y sin historia sino como un sujeto
inmerso en un contexto socio-cultural que lo define; en consecuencia se concibe al
estudiante como un individuo que tiene un conocimiento previo (formas de ver, de valorar
y de actuar) que le ha permitido, y de hecho le permite, pensar y vivir en el mundo”
El docente, como mediador entre la cultura científica y la cultura común, debe establecer
criterios que le permitan acercar estos dos grupos humanos (científicos y estudiantes) en la
construcción y validación del conocimiento para ver, valorar y actuar en la sociedad en que
vive.
Teniendo presente esta visión, los <contenidos> deberían asumirse a partir de una historia
con diferentes episodios y hechos, en la cual fenómenos del mundo que parecen
84
desconectados, toman sentido al relacionarse entre si, mediante entidades científicas de las
que se tienen evidencias experimentales con las que se puede razonar” (Izquierdo 2005)
Importancia de los Textos Originales en la Didáctica
Los nuevos aportes de filosofía historicista de la ciencia, permiten ver de manera distinta el
uso de la historia en la enseñanza de las ciencias. Un énfasis importante lo hace el uso de
los textos históricos. El recurso de los textos originales cobra nueva importancia. Para
Kuhn (1962):
“Los textos originales, considerados dentro del contexto cultural y científico en el que
fueron producidos, permiten entender los problemas que originalmente motivaron la
elaboración de un conocimiento particular. Pueden permitir, además, un acercamiento al
proceso que hizo surgir lo nuevo a partir de la situación problemática y, en ocasiones, de
las contradicciones y del debate agudo entre posiciones contrapuestas....”
Desde esta perspectiva es posible entonces revisar los textos y documentos originales de los
científicos que han aportado al establecimiento de la ciencia; en nuestro caso, de la
electricidad y el electromagnetismo.
La lectura y análisis de escritos originales tiene para la didáctica de las ciencias una
connotación importante; si bien no se pretende hacer historia de las ciencias ni reemplazar
el papel del historiador, se pretende identificar en los escritos originales elementos que
aporten algo a la construcción de significados en torno a los fenómenos estudiados,
identificar las problemáticas e intereses de los científicos al realizar sus experimentos y
plantear sus explicaciones o modelos teóricos. El papel histórico que ha jugado la
experimentación en la ciencia es mucho más de lo que muestran ciertos libros de texto.
Podemos identificar a través de una lectura juiciosa del pasado la dinámica propia de la
actividad experimental y su incidencia en la constitución de la ciencia.
85
Retomando a Kuhn (1962), es muy ilustrativo su pensamiento sobre la insidencia de los
originales en la historia de la ciencia. Al respecto dice:
“...Para dominar el paradigma, como para socializarse con una cultura, es necesario, en
un primer momento deponer la crítica. Los conceptos y los principios no se discuten. Se
aceptan y se hacen operativos. Sólo cuando se ha logrado un dominio de todo el sistema es
posible comenzar a pensarlo críticamente. La historia de las ciencias y , en particular, el
estudio de los textos originales puede entonces apoyar esta tarea.”
El retorno a las fuentes puede ayudar a entender, en primer lugar, que los conceptos que
finalmente fueron decantados en el paradigma y que son presentados de manera acabada y
precisa en los libros de texto tuvieron una génesis y un proceso de desarrollo. Conocer este
proceso permite enriquecer el concepto, flexibilizándolo y sugiriendo nuevos significados y
relaciones. Permite reconocer, con mayor facilidad, que el significado del concepto nunca
se agota y que toda decantación es por eso provisional.
En segundo lugar, los textos originales, considerados dentro del contexto cultural y
científico en el que fueron producidos, permiten entender los problemas que originalmente
motivaron la elaboración de un conocimiento particular. Pueden permitir, además, un
acercamiento al proceso que hizo surgir lo nuevo a partir de la situación problemática y, en
ocasiones, de las contradicciones y del debate agudo entre posiciones contrapuestas....
En tercer lugar, el recurso a la historia de las ciencias y a los textos originales es, con
frecuencia, la única manera de responder adecuadamente a preguntas que se suelen hacer
los estudiantes sobre el origen y la fundamentación de principios básicos de la física.
Finalmente, el recurso a los textos originales permite entender, por comparación, los
procesos de recontextualización que se operan en los libros de texto. Es decir, resulta
posible tomar conciencia de los cambios en el significado de los conceptos y en su
86
articulación respectiva, de las transformaciones en la formulación de los problemas, en el
lenguaje, en las formas de argumentación y en los criterios de coherencia y de rigor.
En el presente trabajo se hace un análisis histórico-crítico de los escritos originales de
algunos científicos que han aportado al conocimiento de la electricidad y cuyas
problemáticas resultan significativas para nuestra organización del fenómeno. Se destaca de
ellos las experiencias, problemáticas e intereses que fundamentaron sus propuestas y se
recogen los elementos que de este análisis aportan a la construcción de explicaciones de l
fenómeno eléctrico. El trabajo con los escritos de los cientificos como por ejemplo Stephen
Gray es una muestra clara del tipo de relación que se asume con la historia y lo que se
analiza de los escritos originales; los historiadores y quienes divulgan el conocimiento
científico se refieren a Gray como la persona que aportó sobre conductividad eléctrica
(Beauchamp 2001), pero no se ha escrito sobre la importancia de la comunicación eléctrica
para la posterior teoría de campos, aunque él mismo no concibiera el mundo desde la visión
de campos. Lo mismo sucede con los demas cientificos considerados en este trabajo. Esta
importancia se hace explícita y manifiesta en esta tesis debido a la necesidad particular de
construir y darle sentido a los fenómenos eléctricos.
Recontextualización del Conocimiento Científico
La manera como se imparte la enseñanza de las ciencias y en general cualquier tipo de
conocimiento se fundamenta en una recontextualización de los saberes. Para el sociólogo
Basil Bernstein (1997) la recontextualización es:
“Situar, insertar un conocimiento de manera significativa en un nuevo contexto, diferente a
aquel en el que se originó”
En este sentido, la física que se enseña en secundaria, e incluso en la universidad, puede
considerarse como un discurso recontextualizado. Sin embargo se pueden establecer
87
diferentes formas de asumir la recontextualización del conocimiento al cambiar de
contexto.
En una primera instancia puede asumirse la recontextualización como una manera de
transmitir fielmente el conocimiento del contexto de las comunidades científicas al
contexto del estudiante. Por ejemplo, para el caso del electromagnetismo, la
recontextualización hecha por los textos se presentada siguiendo un criterio de orden
“tradicional”, es decir, de acuerdo a la forma como desde hace mucho tiempo se presenta el
tema en los textos; siendo algunos versiones mejoradas, pero manteniendo los mismos
esquemas de contenido, respetando el orden y la secuencia de enseñanza. En este sentido,
los nuevos textos de enseñanza del electromagnetismo son versiones recontextualizadas de
los anteriores. La información que se transmite es limitada y responde a ciertos intereses
del texto, que no se relacionan con el desarrollo del conocimiento de la humanidad. Por
ejemplo la visión del electromagnetismo en la secundaria se ciñe a ciertos “conceptos” que
sean expresables en términos del algebra elemental donde según Granes (1997):
“Las relaciones que guardan con las teorías de campos, con la mecánica cuántica o con la
teoría de la relatividad, se suprimen y se reconstruyen más bien relaciones de tipo
empírico con experiencias cotidianas o de laboratorio elemental”
Este tipo de recontextualización llega incluso a presentar dos físicas que no son iguales,
basadas en campos de experiencias totalmente distintos, con finalidades muy diferentes.
Por eso Granes, llega a referirse a la física del bachillerato como un discurso
virtual/imaginario.
En una segunda instancia investigadores como Sharma y Anderson (2009), recogiendo a
Berstein (1997) asumen la recontextualización como la modificación necesaria que deben
sufrir los conocimientos desde las comunidades científicas que lo producen hasta los
nuevos contextos culturales que lo apropian, manifestando procesos de transformación. Se
88
parte del conocimiento establecido por las comunidades científicas, el cual es apropiado por
una determinada comunidad cultural, de acuerdo a sus necesidades e intereses. En este
sentido el conocimiento sufre una transformación inevitable para poder ser apropiado. Se
diferencia del modelo anterior en tanto que posibilita construir versiones del conocimiento
que se modifican respecto al que se ha elaborado históricamente. Así los sugiere Granes
(1997) cuando afirma que:
“la primera perspectiva tiende a devaluar los procesos de recontextualización y a
considerar la enseñanza como una suerte de simulación que remeda las prácticas reales de
la investigación. La segunda perspectiva enfatiza la creación de nuevos significados y de
nuevas relaciones en los procesos de recontextualización que podrían constituir incluso
aportes cognitivos”
Desde esta mirada de la recontextualización, el docente es considerado como un mediador
entre dos culturas diferentes: la cultura científica, (de la cual extrae el conocimiento) y la
cultura común donde se desempeña (que es la que apropia y transforma el conocimiento).
Hay una tercera manera de asumir la recontextualización. Esto es, como una actividad que
permite ubicar los problemas y experimentos que en su momento han registrado las
personas que han hecho aportes al conocimiento científico, someterlos al análisis crítico de
acuerdo a las necesidades e intereses que tenga la persona o comunidad cultural que
recontextualiza (Ayala 2004). En la revisión que se hace de los textos y documentos
originales, se identifican problemáticas relevantes, las cuales sufren un proceso de
transformación de acuerdo a las formas de organización del fenómeno por parte del
individuo, lo cual le permite a éste construir modelos de explicación que deberá validar
cada vez, en contextos académicos mas amplios.
Considerar la ciencia como una actividad de construcción del conocimiento es una imagen
que permite establece una relación diferente con el uso de la historia en la enseñanza de las
89
ciencias; no es importante conocer la estructura acabada y usualmente divulgada de los
conceptos o teorías establecidas, se pretende, por el contrario, construir conocimiento a
través de la confrontación con preocupaciones y elaboraciones con grupos o personas que
manifiestan intereses coincidentes, así como con los textos usuales y los escritos originales
de los científicos que se reconoce aportan en el sentido propuesto. Si la ciencia no está
representada por sus productos, entonces lo verdaderamente importante son sus procesos
de organización porque permiten intervenir en ella y transformarla de acuerdo a los
problemas y necesidades particulares de conocimiento.
Si la ciencia es asumida como una actividad cultural cambiante y sujeta a las necesidades
particulares de una comunidad, entonces la relación con la historia está también sujeta a
dichas necesidades. En este sentido se analiza la historia a partir de una necesidad particular
y con unas intenciones definidas. Una manera de abordar la historia en la enseñanza de las
ciencias sustentada en los criterios anteriores es la que se presenta en esta tesis para el caso
de la electricidad. A partir de la necesidad de dar sentido y organizar la experiencia en
torno a lo eléctrico, se hace un análisis histórico-crítico de los escritos originales de los
científicos cuyo aporte ha sido significativo en la organización y evolución del fenómeno
eléctrico desde la visión de campos. Dicho análisis sólo es posible desde las necesidades de
conocimiento que lo orienten, por lo tanto las problemáticas estudiadas son restringidas a
dicha necesidad, de tal manera que en la interpretación que se hace de la problemática se
pueda hacer un ejercicio de recontextualización al plano de preocupaciones que la
determinaron. No se busca encontrar en la historia los saltos cualitativos más importantes
en el desarrollo de las teorías científicas en el sentido que lo propone Furió (1997), sino
mas bien centrar la atención en la actividad misma, en elaborar, a partir del análisis de los
escritos originales, una recontextualización y organización de los fenómenos de acuerdo a
los intereses y necesidades por parte de quien hace uso de la historia.
La manera de abordar los escritos originales desde esta imagen de ciencia hace posible
construir historia y validarla en un contexto particular. La historia deja de ser objetiva y
90
única, es decir, deja de ser ahistórica. En este sentido el docente se reconoce a sí mismo
como sujeto cognoscente capaz de intervenir en el desarrollo del conocimiento,
transformarlo y enriquecerlo de acuerdo a sus necesidades. Se pierde la relación de
exterioridad y se entra en un plano en el que sus acciones son determinantes para la
orientación de la enseñanza de las ciencias en el contexto particular donde se desempeñe.
Es importante anotar que no se pretende, con esta dinámica de trabajo frente a la historia,
remplazar el papel del historiador; lo que pasa es que los objetos de investigación son
diferentes (Orozco 1996). El historiador se interesa por el “hecho científico” en cuanto
hecho histórico, que le permite conocer la estructura conceptual y las estrategias cognitiva
procedimentales desarrollados en los contextos histórico donde hace su investigación. En
cambio, para la didáctica, se busca en la historia “experiencias de conocimiento” que
permitan enriquecer la enseñanza de las ciencias en los términos de recontextualización
planteados anteriormente.
4.1.4 Importancia Histórica del Electromagnetismo
Una parte fundamental de la física es el electromagnetismo. El desarrollo vertiginoso de
este campo de la física y su aplicación en la industria y la tecnología hacen que sea
relevante para la sociedad, por lo tanto de importancia en la enseñanza de la física. Al
estudiar en detalle la estructura del electromagnetismo se encuentra que está conformado
por campos de estudio diferentes pero complementarios; tal es el caso de la electrostática,
el magnetismo, la electrocinética y la electrodinámica, todos ellos articulados por la teoría
electromagnética a través de las ecuaciones de campo de Maxwell (Arons 1970). La
importancia de la teoría de campos por su poder explicativo la han llevado a su
reconocimiento en el mundo de la física y a ser una de las teorías de mayor relevancia en el
mundo actual (García, D. 1987), sirviendo incluso de referente fundamental para otras
teorías de la física como la relatividad.
91
El propio Einstein se refiere a la teoría de campos como una nueva visión del mundo que
abrió un panorama diferente a la física clásica y por lo tanto una nueva manera de ver la
realidad. Surge con el modelo de Faraday pero se consolida en el trabajo de Maxwell y
Hertz. Einstein e Enfield (1939) llegaron a afirmar que:
“...Durante la segunda mitad del siglo XIX se introdujeron en la física ideas nuevas y
revolucionarias que abrieron el camino a un nuevo punto de vista filosófico, distinto del
anterior mecanicista. Los resultados de los trabajos de Faraday, Maxwell y Hertz
condujeron al desarrollo de la Física moderna, a la creación de nuevos conceptos que
constituyeron una nueva imagen de realidad.”
Tanto filósofos como historiadores de la ciencia encuentran, en esta nueva lectura de la
realidad, elementos para considerar la reflexión sobre la validez universal del
conocimiento.
Para el caso de la electrostática se encuentra como Maxwell dedica el primer capitulo de su
tratado a describir fenomenológicamente el comportamiento eléctrico y a recuperar el
trabajo y los experimentos de Faraday para posteriormente avanzar en su formalización
matemática. Reconoce la importancia de la electrostática para soportar las tesis de campo y
la construcción del electromagnetismo. El proceso de cuantificación lo empieza
precisamente a partir de la construcción de una unidad de carga electrostática.
4.2 Retórica y Didáctica de las Ciencias
Los aportes que recibe la didáctica de las ciencias de otras disciplinas científicas le permite
replantear los problemas que usualmente aborda y darles nuevas interpretaciones y posibles
soluciones. Si bien el problema de la enseñanza de la física es considerado desde diferentes
92
frentes, pocos son los trabajos que centran su atención en la estructura retórica de la
enseñanza. En este sentido creemos con Guidoni, Arca y Mazzoli (1990) que un aspecto
central de la enseñanza de las ciencias se ubica en la comunicabilidad del conocimiento.
Los seres humanos nos comunicamos a través de gestos, palabras o escritos, es decir somos
multimodales (Márquez, Izquierdo y Espinet 2003). Entonces una buena comunicación
presupone una buena retórica y una buena retórica es aquella que tenga en cuenta relaciones
de coherencia entre el conocimiento (lo que se piensa) la experiencia (lo que se hace) y el
lenguaje (lo que se dice) (Guidoni, Arca y Mazzoli 1990) (Izquierdo y Rivera 1997). Al
respecto Guidoni, Arca y Mazzoli (1990) opinan que:
“A partir del nivel de la experiencia y a través de un lenguaje hecho de palabras y de
representaciones (y sin lenguaje no es posible) se puede, por tanto, construir y controlar
algo (a lo que llamamos conocimiento) desprendido tanto de la experiencia como del
lenguaje, que no se identifica ni con el hecho individual ni con las palabras que lo
describen; que es comunicable a otras personas, que se puede extender a otros hechos,
modificar como consecuencia de otras experiencias, que puede ponerse siempre en juego”.
Una buena comunicación implica tener presentes estos tres aspectos de forma integral; no
se puede trasmitir un conocimiento si no se dispone de un lenguaje para hacerlo, no se
puede hablar de algo de lo cual no tenemos ninguna experiencia y no se puede construir un
lenguaje a partir de algo que desconocemos. Es importante considerar que dicha relación no
corresponde a relaciones de jerarquía, es decir, uno más importante que otro, los tres se
deben dar simultáneamente de una forma cíclica. En este sentido Guidoni, Arca y Mazzoli
(1990) afirman que:
“En cualquier nivel existen, en efecto, unos “lenguajes”; es decir existen unos “modos de
representar según esquemas” (que luego sean palabras dibujos o imágenes es lo mismo,
desde este punto de vista) y en cualquier nivel hay un plano de “experiencias” de por si
“indecibles” (hay cosas de las que se tiene experiencia y que no se consigue decir,
93
describir o representar; hay cosas que se sabe decir y a las que no se consigue identificar
con experiencias”
En este sentido la tríada funciona simultáneamente en la cognición humana y es su carácter
gradual el que permite avanzar en la construcción y organización del conocimiento. Sin
embargo debemos ser cuidadosos, ya que cada uno de los conceptos implicados tiene
connotaciones filosóficas importantes que en cierta medida lo determinan y cuyas
implicaciones en la enseñanza de la física son significativas.
Fig. 1. Estructura retórica según Guidoni 1990 4.2.1 Los Modos de Observar la Realidad en la Enseñanza de las Ciencias
Tal como el científico se representa el conocimiento de acuerdo a formas de observar la
realidad, asimismo se sugiere en la enseñanza de las ciencias. Desde esta perspectiva nos
preguntamos nuevamente ¿Qué significa enseñar ciencias? Y vemos que debe estar en
relación con la construcción de representaciones. Esto implica fundamentalmente el
desarrollo de modos de observar y relacionarse con la realidad. Al respecto, Guidoni, Arca
y Mazzoli (1990) reconocen que:
“Desde el punto de vista de la educación para la ciencia, esto significa no aprender
esquemas para irlos a contar a la escuela, o a quien nos deba proporcionar trabajo. Es
preciso, en cambio, darse cuenta de que la “educación científica” significa desarrollo de
modos de observar la realidad y de modos de relacionarse con la realidad; que esto
Lenguaje
Experiencia
Conocimiento
94
implica y supone los modos de pensar, los modos de hablar, los modos de hacer, pero
sobre todo la capacidad de juntar todos estos aspecto”
Como consecuencia de lo anterior, aprender ciencias es aprender a hablar y a comunicarse
de una manera determinada (Lemke 1997) o como lo dice Sutton (1992) “usar el lenguaje
de manera interpretativa”. A medida que se avanza el estudiante debe sentir la necesidad
de comunicarse teniendo presente los conceptos que va construyendo, al mismo tiempo que
estructura sus caminos de razonamiento.
Por lo tanto pensar, hablar y actuar son tres formas representativas de la cognición humana.
El desarrollo armónico de ellas permite avanzar en un conocimiento significativo. Como lo
propone Halliday (1993)
“Un programa que planifique a la vez lo teórico, lo experimental y lo lingüístico para que
en conjunto se aprendan las ideas fundamentales de las ciencia se puede lograr si la clase
se presenta como un discurso transformador de las ideas, de las acciones y de los
lenguajes
Pero el desarrollo de estos modos de pensar, actuar y hablar se deben establecer en una
relación que no sea pasiva, por el contrario debe ser problemática y dinámica. Ser capaz de
utilizar el conocimiento para resolver problemas de su entorno social o de su contexto
cultural, es “vivir la ciencia” pensando, hablando, actuando y generando conocimiento,
mientras evolucionan sus representaciones del mundo, hacia una mayor simplicidad y
abstracción (Izquierdo y Aliberas 2007). En la formación universitaria estos modos se
reducen de manera categórica, primando un conocimiento atemporal, ausente de
experiencia y en un lenguaje alejado de las realidades del estudiante. No es posible
construir un pensamiento específico de la física, por ejemplo, si no se considera el uso de
experiencias comunes o cotidianas en lenguajes familiares al entorno del estudiante, y a
partir de allí avanzar. O como lo dice Guidoni, Arca y Mazzoli (1990)
95
“Lo primero que debe hacerse en toda intervención para la construcción del conocimiento
es reforzar y por lo tanto explicitar la dinámica (de referirse continuamente a aspectos de
sus vidas cotidianas y siempre tratando de extender el discurso), comenzando a discutir el
nivel de experiencia, lenguaje y conocimiento “comunes”. En otras palabras, no es
pensable, en nuestra opinión, poder iniciar un discurso de conocimiento especifico,
organizado en lenguajes específicos, solamente sobre la base de experiencias especificas,
también por que en realidad cualquier construcción mas especializada se basa en un nivel
de experiencias y de conocimientos mas comunes ya poseídos y organizados”
Vemos como en esta presentación la estructura retórica debe ser de tal manera que la
comunicación permita avanzar hacia la construcción de conocimiento.
Lenguaje y comunicación
Para Wittgenstein (2007), resaltar las similitudes y diferencias entre diferentes sistemas de
comunicación era relevante, en ese sentido, asume el concepto de juego de lenguaje como
“objetos de comparación”. Considera los juegos de lenguaje como sistemas completos de la
comunicación humana, es decir que donde cada palabra y expresión tiene un sentido y una
finalidad en el contexto propio en el cual es construido. Por ejemplo, cita Wittgenstein el
caso de un obrero que hace una construcción, utiliza el término cubo o loseta e
inmediatamente el ayudante sabe que debe hacer; le alcanza el cubo o la loseta. Esto solo es
posible si entre el ayudante y el obrero se ha construido un juego de lenguaje para el cual la
palabra loseta tiene un sentido, el ayudante le pasa al obrero algo que ambos han asumido
como loseta. En este esquema planteado por Wittgenstein (2007) se pone de relieve una
función del juego del lenguaje, la comunicación.
Investigadores en historia y enseñanza de las ciencias han venido demostrando que los
juegos de lenguaje son propios también de la ciencia (Granes 1997). Para Kuhn (1962)
96
(1987), un historiador que se acerca a la visión aristotélica debe identificar el sentido de los
conceptos al interior de la teoría misma y no a partir de los referentes externos que haya
construido sobre el mismo. Por ejemplo, si analizo el concepto de fuerza desde la
concepción newtoniana, dicho concepto se hace insostenible y por lo tanto no tiene sentido.
Hay quienes dicen que los conceptos físicos, en Aristóteles, retrazaron notablemente el
progreso de la humanidad, ¡esto no es verdad!, si analizo el concepto dentro de la
representación de Aristóteles del mundo físico, ella se muestra profundamente articulada a
otros conceptos en una estructura coherente y llena de sentido, acorde a los esquemas de
pensamiento de la humanidad en dicho periodo histórico.
El lenguaje científico se hace así cada vez más preciso y contextual, la representación se
torna más elaborada y el mundo se modeliza de acuerdo con formas cada vez mas
definidas. Sin embargo, ello no quiere decir que el lenguaje del científico no surja
inicialmente de formas asociadas al entorno de fenómenos cotidianos, que posteriormente
sean transformados (Guidoni, Arca y Mazzoli 1990) (Izquierdo y Aliberas 2004). De hecho
los libros de muchos de los científicos parten de caracterizar situaciones cotidianas o
entornos en los que los conceptos adquieren significado y escritos de tal forma que el nivel
de complejidad aumenta gradualmente. Un ejemplo claro lo presenta el tratado de
electromagnetismo de Maxwell que parte de situaciones familiares de la electrostática y
elabora con experiencias una conceptualización sobre la carga eléctrica. Sin embargo, lo
importante de la lectura no es la compresión del texto en si, sino la capacidad de los
alumnos para establecer relaciones entre los conceptos que se expresan en el texto y los
conocimientos adquiridos en otras situaciones (Márquez y Prat 2005). Por lo tanto un
lenguaje asequible es fundamental. Para Izquierdo (2005):
“El lenguaje es el mediador entre las representaciones y las acciones que constituyen la
experiencia científica: desde el punto de vista de lo experimental, el lenguaje cambia el
formato del mundo para hacerlo pensable, desde el punto de vista de lo representacional,
el lenguaje cambia el formato de las representaciones para hacerlas comunicables, en un
97
determinando contexto”
Los libros de texto ofrecen diferentes lenguajes para presentar los conceptos, los hay
escritos, pero también visuales, algunos tienen intención dialógica, pero otros son discursos
apodícticos. El maestro como intermediario entre el conocimiento del experto (científico) y
el conocimiento del estudiante (común) debe implicarse en el problema de lingüística que
encierran estos conocimientos (Márquez 2005), establecer puentes que acerquen uno a otro
y permitan la apropiación y movilidad del conocimiento.
Construcción Significativa de la Experiencia
La experiencia es asumida de una forma diferente a la usual. El papel que usualmente se ha asignado a la experiencia es demostrativo. Se parte de algunos referentes conceptuales y luego se contrastan con la experiencia. En este sentido la experiencia misma es incuestionable, pues ella es artificiosamente ajustada para arrojar los resultados esperados. En la organización de los fenómenos físicos la experiencia no está dada, hay que construirla. Construir experiencia es llenar de sentido una actividad en la que la práctica es un medio de constante reflexión sobre el fenómeno abordado. En este sentido construir experiencia que sea sensible a partir de las preocupaciones individuales resulta significativo (Nersessian 1995). En el caso de electrostática, la experiencia que se encuentra en los libros de texto corresponde a un esquema de una mezcla de imágenes en las que para evidenciar la existencia de cargas eléctricas se parte de acciones de atracción y repulsión asumiendo acríticamente que las repulsiones son debidas a cargas contrarias y que las atracciones lo son a cargas iguales. En la construcción de los fenómenos electrostáticos la experiencia no está dada, es necesario a partir de las preguntas e indagaciones históricas que se empieza a construir y en la misma medida sugiere nuevas preguntas y por lo tanto nuevas experiencias que hacen que la imagen del fenómeno se amplíe cada vez más. Los trabajos que se vienen adelantando en muchos grupos de investigación en didáctica de las ciencias consideran la ciencia como una actividad, esto implica reconocer nuevos contenidos para la enseñanza. La intención educativa es distinta y por lo tanto los objetivos de la enseñanza se transforman. Como lo sugiere Ayala (2004)
98
“Desde esta perspectiva conocer la física sería conocer los problemas que han posibilitado la formación y el desarrollo de los conceptos de la física, las condiciones en que tales problemas se plantean, las respuestas y formas de abordarlos que se han elaborado, la forma como evolucionan los conceptos, los elementos comunes y las diferencias básicas entre las distintas teorías, etc.” En la propuesta que se presenta se pretende generar condiciones que favorezcan una nueva relación frente al conocimiento, en la que sea posible organizar y ampliar la experiencia y en esa medida establecer una relación de diálogo con los aportes de otros pensadores y con la información que circula en nuestro medio. Dentro del enfoque que nos orienta se aborda el conocimiento como una construcción de sentidos, significados y de explicaciones, en la que se pone en evidencia una imagen de ciencia como actividad cultural . Ello implica, según nuestra perspectiva, elaborar formas de organización de acuerdo a las preocupaciones individuales en torno al los fenómenos abordados. Dichas formas de organización son dinámicas y se transforman en la medida que se amplían las explicaciones. En este enfoque, el compromiso no es con las teorías o modelos de explicación establecidos; en este sentido se hace posible tomar distancia frente a los modelos explicativos y entrar a analizar la experiencia misma. Tener este distanciamiento frente a las formas explicativas usuales permite establecer que las verdades no son reveladas por la autoridad del modelo, sino que ellas se construyen en la medida que podemos validar nuestras formas de organización y socializarla en el contexto cultural en el que nos movemos. En la enseñanza tradicional esta dinámica no es posible ya que la organización viene dada por el modelo explicativo y la actividad cognitiva se reduce, en el mejor de los casos, a explicar situaciones desde el modelo y por lo tanto no genera inquietudes frente a la experiencia como tal. En esta nueva relación con el conocimiento la manera de abordar los libros de texto cambia, lo mismo la información que se tiene en general. Se analiza de los libros aquello que aporta elementos en la organización del fenómeno; no todo lo que dicen los libros se asume como válido o relevante. Los textos son sometidos a análisis en un contexto muy particular, donde se posibilita un diálogo con el autor. Al asumir una posición crítica y reflexiva, los criterios de verdad no son impuestos, sino producto de la constante reflexión y generación de significados acordes con la manera de organizar el mundo. Tal actividad, a la vez que le
99
permite a la persona construir una imagen del mundo y de si mismo, le exige su confrontación continua en los diferentes espacios posibles con las organizaciones elaboradas por otros grupos e individuos, buscando estructurar y validar su pensamiento en el contexto cultural donde se desenvuelve. En síntesis, con este trabajo se espera contribuir a promover la imagen de ciencia como una actividad con un carácter eminentemente cultural e histórico; donde las obras de los científicos, teorías, conceptos, procedimientos, en fin, los productos de la actividad científica se conviertan en un referente que adquiera significación en la medida en que logremos con intenciones y sentidos propios aproximarnos a él, para que en ese proceso de diálogo, así posible, podamos elaborar nuevos sentidos y significados y de esta manera avanzar en nuestra organización y ampliación de nuestra experiencia y en la elaboración de criterios de acción.
4.2.2 Retórica en Libros de Texto La función de los libros de texto
Para muchos investigadores en didáctica de las ciencias, el estudio de los libros de texto
(LT) se ha convertido actualmente en una disciplina autónoma (Calderero 2003). Podemos
identificar varios campos en los que la importancia de analizar los libros de texto se hace
relevante. Algunas se orientan hacia el uso de ellos por parte de los potenciales lectores,
esto es alumnos o profesores, e identificar aspectos que impliquen mejorar la enseñanza-
aprendizaje de las ciencias (Del Carmen y Jiménez 1997), otros por su parte se centran mas
en el propio texto, ya sea en la comprensión y aprendizaje (Solaz – Portolés 2009) (Otero y
Caldeira 2005), en los errores conceptuales (Campanario 2003), en las ilustraciones
(perales y Jiménez 2002), en la estructura retórica (Izquierdo 2005a), cómo se introducen
los conceptos científicos (Rodríguez y Niaz 2004) o en la editorial y en conjunto a nivel de
la educación escolar básica, secundaria o básica universitaria.
100
Al revisar en el contexto histórico el papel de los libros de texto5
encontramos como la
intención ha ido cambiando con el tiempo. Según Bachelard (1948)
“Anteriormente los libros de texto hablaban de la naturaleza, de la vida cotidiana y en un
lenguaje de fácil acceso para el lector, pero parece ser que hoy en día eso ha cambiado”,
pues, dice Bachelard, “los textos se han vuelto autosuficientes, ellos hacen las preguntas y
ellos mismos las responden, presentan la ciencia como algo organizado y elevado, por
encima de los conocimientos e intereses del lector”.
Y más adelante Bachelard (1993) afirma:
“Abrid un libro de enseñanza científica moderno: en él la ciencia se presenta referida a
una teoría de conjunto. Su carácter es tan evidente que se hace muy difícil saltar capítulos.
En cuanto se han transpuesto las primeras páginas, ya este deja hablar más al sentido
común; ya no se atiende más, a las preguntas del lector. En él, el Amigo lector seria con
gusto reemplazado por una severa advertencia: ¡Atención, alumno! El libro plantea sus
propias preguntas. El libro manda”
“Advertiréis que está arraigado en la vida diaria. El autor conversa con su lector como un
conferenciante de salón. Acopla los intereses y los temores naturales. ¿Se trata, por
ejemplo, de encontrar la causa del Trueno? Se hablará al lector del temor al Trueno, se
tratará de mostrarle que este temor es vano, se sentirá la necesidad de repetirle la vieja
observación: cuando estalla el trueno el peligro ha pasado, pues sólo el rayo mata”
Esto implica que el conocimiento esta en la cotidianidad de la vida y no por fuera de ella.
5 Libros de texto pueden ser todos aquellos que contienen información susceptible de ser utilizada en el aula,
sin embargo en mi trabajo restrinjo este término a libros producidos por editoriales que presentan propuestas
de acuerdo con los lineamientos curriculares.
101
La ciencia no está en el libro o en la lección, sino en lo que el libro o la lección permiten
pensar, hacer, comunicar a aquellos que lo leen o la escuchan, pues al fin y al cabo como
dice Izquierdo (2005):
“Ningún conocimiento científico es un <retrato del mundo > sino que siempre es el
resultado de una intervención intencionada en determinados fenómenos, que ha sido
interpretada y comunicada a personas que comparten valores y expectativas. Por ello, los
conocimientos escolares no pueden ser ya <los programas> de siempre basados en
conceptos que proporcionan una visión rígida y dogmática del mundo sino que han de ser
la ocasión para plantear preguntas que inciten a la intervención y a la reflexión sobre
fenómenos y relaciones entre fenómenos que sean relevantes para comprender los temas
científicos de actualidad.”
Las investigaciones actuales en didáctica de las ciencias naturales han orientado esfuerzos
hacia el estudio de los LT (Alambique 2001), llegando a la búsqueda de las intenciones que
hay detrás por parte de los autores o de las editoriales (incluso de los ministerios de
educación) y el mensaje que quieren transmitir a través del texto, esto es, la retórica. Es
claro que en los LT hay estructuras retóricas cuya intención es la de persuadir al lector,
influir en su forma de pensar la ciencia y en transformar su mundo, esto es, utilizan un
lenguaje y unas estrategias para persuadir de maneras diferentes. En un estudio reciente
realizado por Solaz – Portelés (2010) muestra como las investigaciones realizadas en
distintos países sobre la importancia que tiene la naturaleza de la ciencia en sus paginas es
desalentador. Un caso interesante, es el auspiciado por la American association for
advancement of science (AAAS) en los la calidad instruccional de los libros en Estados
Unidos no satisfacía los mínimos exigibles (Roseman, Kevidou, Stern, y Cadwell 1999)
Para nadie es desconocida la influencia que un libro puede llegar a ejercer en el lector. Pero
más aún si es un libro de ciencias. En los libros de ciencias escritos con intención didáctica,
los enunciados se emiten con la intención de transformar el mundo del lector y lo consiguen
102
(Izquierdo y LIEC 2005). ¿Cómo puede identificarse entonces la intención que hay detrás
de un libro de ciencias? ¿Qué mensajes se hacen explícitos y hacia dónde quiere el autor
que el lector transforme su mundo? Una forma de averiguarlo es a través del estudio de la
retórica del texto. Los libros de ciencias hablan del mundo de una manera diferente a la que
es habitual, por que lo transforma para mostrar el orden y sentido que permite comprender
como funciona y como se puede intervenir en el para mejorarlo. Esa “manera diferente” es
precisamente la que considera el autor del libro, debe ser la que se apropie el lector, pero no
todos los libros lo hacen igual, ni todos los autores tienen la misma intención. Algunos
textos incluso transforman el mundo de tal manera que se alejan tanto y de una forma tan
radical que pareciera que ya no hablan del mundo real. Entre eso libros se encuentran los
LT que se suelen utilizar en la formación de estudiantes, para los cuales sus pasajes están
escritos en una forma abstracta y poco comprensible para los estudiantes (Solbes y Furió
2005); cuanto más preciso y riguroso pretende ser un texto escrito, menos comunica y más
difícil de entender - tanto así que para muchos autores la retórica relacionada con los libros
de texto corresponden a un discurso vago y vacío, como “forma sin fondo” (Locke 1997)
Retórica y Enseñanza de la Física
¿Cuál es la retórica que hay en los libros de física general de introducción a la universidad?
Cuando se enseña electromagnetismo, el LT lo hace de una forma tal que busca convencer
al lector de que piense la ciencia y la actividad científica de una cierta manera, la que el
autor cree más pertinente. Identificar la retórica de los libros de texto es una necesidad en el
ámbito de la investigación actual.
El estudio de la estructura de LT de hecho tiene también varias ramificaciones por las
cuales los investigadores se han orientado, por ejemplo estudio de la estructura semántica;
sus formas de argumentar y presentar los contenidos, analogías, narrativas, retóricas…
estructura sintáctica; la presentación de los conceptos y la secuencia utilizada, estructura
simbólica; el tipo de ilustraciones, tablas y gráficos presentes, estructura curricular; el tipo
103
de actividades propuestas y su organización y estructura evolutiva; el grado de dificultad
con el que son presentados los contenidos (perales y Jiménez 2002).
M. Izquierdo (2005a) por ejemplo considera que los textos transmiten una intención
comunicativa o retórica del autor; esto es, una imagen o concepción de la ciencia, una
didáctica o forma de presentar los contenidos y un nivel de desarrollo y profundidad de los
conceptos. Avanzando hacia el primer decenio del siglo XXI nos preguntamos si la retórica
de los textos utilizados usualmente a nivel introductorio en la universidad reconocen o
tienen en cuenta los aportes en la enseñanza de las ciencias en los últimos 30 años de
teorías influyentes, como lo es el constructivismo; esto es, por ejemplo preguntarse;
¿Tienen en cuenta las ideas y explicaciones de los estudiantes? ¿Reconocen los aportes de
la historia y la filosofía de las ciencias? ¿Consideran el proceso de construcción del
conocimiento más que sus resultados? En está tesis se pone en evidencia que no.
El presente trabajo recoge en cierta medida el modelo de análisis de las estructuras y la
retórica de los LT, particularmente en los estudios realizados por Izquierdo y el grupo de
LIEC (2005). Aunque ellos se centraron en el estudio de libros de secundaria, los referentes
teóricos sobre estructura retórica se aplican perfectamente a textos universitarios. En la
estructura semántica, y dentro de ella la estructura retórica como mecanismo de
comunicación de la ciencia y de la actividad científica tiene que ver con dos aspectos que se
conectan, la intención comunicativa del autor y la forma como lo hace, promoviendo con
ello imágenes de ciencia y concepciones sobre el conocimiento científico en el lector.
Pretende identificar las características de los LT universitarios de introducción a la física y
los aspectos que las mismas promueven en las dificultades de los estudiantes para la
comprensión y explicación de los fenómenos naturales o hechos. Para ello ubicamos el
análisis en los LT en torno a la enseñanza de la electrostática como referente fundamental
para introducción del electromagnetismo y la teoría de campos.
Los enfoques recientes que buscan una nueva retórica consideran que se puede comunicar
104
concepciones muy diversas sobre los hechos del mundo y su relación con el conocimiento
que tenemos acerca de ellos, esto es hacer compresible una forma de ver y pensar el mundo
que sea asequible a los estudiantes y que les permita intervenir en él y transformarlo.
Usando una retórica adecuada se puede enseñar visiones más humanas de la ciencia, pero
generalmente se enseñan, “…muchas de las reglas no escritas acerca de cómo se supone
debemos hablar ciencia” (Lemke 1997). El lenguaje de un texto sólo tiene sentido en
relación con la acción y sobre todo en este contexto de la enseñanza (Izquierdo y Aliberas
2004) por fuera de ella, pierde su sentido.
¿Cuál es la retórica que hay en los libros de textos de ciencias naturales? Los estudios
realizados hasta el momento, que lo hacen para la enseñanza secundaria, coinciden en que
la ciencia es presentada como verdadera, objetiva y autoritaria. Los estudiantes terminan
por pensar que la ciencia es abstracta, ininteligible y por tanto aburrida (Driver 1998) y el
lenguaje excesivamente simbólico, no relaciona los símbolos con sus referentes. Este tipo
de retórica frecuentemente tiene el éxito en convencer a los alumnos de que la ciencia es
inherentemente más compleja y difícil que otras materias, de tal manera que terminan
creyendo que nunca la entenderán.
No podemos desconocer que la intención de un autor está de la mano con el discurso
científico que posee y como el discurso científico es un discurso de poder (Cantor 1989)
entonces se tiene el poder de transformar la forma de pensar el mundo en los estudiantes y
por lo tanto orientarlos hacia una ciencia verdadera, objetiva y autoritaria. Los nuevos
libros de texto deben avanzar hacia una retórica más humanista, donde la ciencia sea
asumida como una construcción humana, su objetividad dependa de los contextos de
elaboración y no sea autoritaria sino orientadora.
En una nueva relación con el conocimiento, considerado como actividad humana, la manera
de abordar los libros de texto cambia, lo mismo la información que se tiene en general. Se
analiza de los libros aquello que aporta elementos en la organización del fenómeno y
105
construcción del conocimiento. No todo lo que dicen los libros se asume como válido, los
textos son sometidos a análisis en un contexto muy particular, donde se posibilita un
dialogo con el autor.
106
5. METODOLOGIA
La investigación se basa en tres actividades claves para su desarrollo: uno, recoger y
analizar información histórica: documentos, textos originales y cartas; dos, recoger y
analizar información de los libros de texto de física general seleccionados; y, tres,
identificar y analizar las ideas y explicaciones de los estudiantes en formación docente.
1. Se identificaron y analizaron episodios históricos en los que se destaca una problemática
importante desde el punto de vista de la didáctica, esta problemática puede estar en la
experimentación o en la construcción teórica del electromagnetismo. La selección de los
episodios está en correlación con el análisis de los textos y las explicaciones de los
estudiantes.
2. De los libros de texto se recoge la estructura retórica que se encuentra presente en la
enseñanza de la electrostática. Hay una narrativa que se expresa a través del lenguaje, que
muestra modelos explicativos de teorías científicas, que hace experimentos y presenta los
contenidos con una intención determinada, orientada por un modelo de ciencia y un modelo
de lector.
3. De los estudiantes se recogen las ideas y formas de explicar el fenómeno eléctrico,
particularmente referidas a situaciones experimentales de la electrostática.
5.1 Contexto de la Investigación
La investigación es de carácter cualitativo y de orientación constructivista. En este sentido
el material seleccionado se analizaba desde esta perspectiva.
Para el caso de las fuentes históricas, se hizo una revisión inicial de muchos libros de
107
historiadores de la ciencia, científicos y didáctas que tratan el tema del electromagnetismo,
orientados por la perspectiva de campos. Cabe relacionar como material que finalmente fue
seleccionado y analizado los siguientes: los escritos de William Gilbert de 1600 en su libro
“De Magnete” (1958) y otros (1952) en torno al comportamiento de los materiales respecto
a la frotación, de Stephen Gray (1700) y Hauksbee (1700) en cuanto a la comunicación de
la electrificación y de Charles Dufay (1700) en torno al carácter dual de la electricidad,
publicados en las “Philosophical Transaction” por la Royal Society, de Benjamin Franklin
en la segunda mitad del siglo XIX en torno a la conservación de la electrificación y
publicados en su libro “Experiencias y Observaciones sobre Electricidad” (1988), de
Michael Faraday en torno a la inducción y polarización eléctrica publicadas en sus cartas de
(1843) y en los Annals of Philosophy entre 1821 y 1852 y de James Maxwell sobre la
cuantificación la electricidad, publicados en su libro “Tratado de Electricidad y
Magnetismo” (1951). Se analizaron cuidadosamente, sobre todo los episodios que hacen
referencia a la electrostática. Se destaca lo que desde nuestra perspectiva consideramos fue
importante y aportó a la organización y estructuración del fenómeno eléctrico que
desembocó en la visión de campos. De los historiadores y didáctas de la ciencia se recogen
citas y argumentos que por ser bastantes, aparecen referenciados en la bibliografía.
De los libros de texto podemos considerar que de una muestra inicial, bastante
significativa, se optó por seleccionar tres de los más utilizados por los estudiantes en clase,
para hacer un análisis detallado de la estructura retórica, la secuencia didáctica del
contenido, la metodología subyacente y la micro y macro-estructura. Los libros
seleccionados son:
- FISICA para la ciencia y la ingeniera, Vol. II. De Paul A Tipler y Gene Mosca, editorial
reverte. 2005. Barcelona.
- FISICA universitaria. De Francis W. Sears, Mark W. Zemansky y Hugh D. Young.
Editorial fondo Educativo interamericano. 1986. USA
- FISICA, Vol. II. Campos y Ondas. De Marcelo Alonso y Edward Finn., Editorial
108
Addison-Wesley Iberoamericana. 1987. U.S.A
Las ediciones corresponden a las versiones existentes en las bibliotecas de referencia para
consulta de los estudiantes.
Finalmente Se seleccionó un curso completo de 16 estudiantes del programa de
Licenciatura en Ciencias Naturales y Educación Ambiental de la Universidad del valle
(Colombia). A ellos se les aplicó un cuestionario sobre electrostática con la intneci´´on de
identificar los modelos explicativos, dificultades conceptuales y el conocimiento
fenomenológico apropiado. Se pedía como requisito para contestar el cuestionario haber
cursado y aprobado los cursos de física general I y II.
5.2 Descripción del proceso desarrollado
El trabajo de investigación puede asumirse en tres fases cíclicas progresivas: La primera
fase comprende la selección y análisis de los textos de física general (una muestra
representativa de los más utilizados) para ello se utilizó como criterio que fueran libros
utilizados en las clases de física por los estudiantes de tal manera que se pudieran establecer
conexiones entre ellos. Se analizó la estructura retórica de cada uno de ellos, así como la
secuencia de los contenidos presentados, identificando las dificultades de este tipo de
presentación.
A los estudiantes, se les aplicó cuestionarios para identificar las explicaciones en torno a los
fenómenos eléctricos, fenómenos detectados como problemáticos en el análisis de los
textos y considerados como relevantes en la historia de la electricidad. Como resultado de
esta fase se realizó un ejercicio comparativo entre las explicaciones de los estudiantes y la
estructura retórica identificada en los textos, resultando como relevantes, las concepciones
de ciencia, los modelos explicativos y los problemas conceptuales presentes y que son
comunes entre ellos.
109
La segunda fase se caracteriza por una indagación sistemática de los episodios históricos
que caracterizaron el posterior establecimiento del electromagnetismo. Para ello se hizo una
selección de artículos y libros originales de los científicos que de acuerdo con los
historiadores de la ciencia aportaron al desarrollo de la electricidad en la perspectiva de la
visión de campos. La búsqueda de los episodios históricos se hizo identificando en los
autores problemas relevantes cuyo aporte permite avanzar en la organización del fenómeno
eléctrico.
La tercera fase es, en cierta medida, la construcción de una respuesta a la problemática
evidenciada en las fases anteriores. Se caracteriza por la búsqueda de elementos para una
selección de contenidos a ser tenidos en cuenta en la enseñanza de la electricidad. Para ello
se hace un ejercicio de recontextualización de los episodios históricos considerados, las
problemáticas estudiadas y la experimentación realizada, que a nuestro juicio, aportaron al
modelo de campos. Como resultado de ello se hacen explícitos los elementos que se deben
tener en cuenta para la organización de una ruta alterna para la enseñanza de la
electrostática: se identifican los objetivos, los criterios de selección, el sentido
epistemológico y los núcleos de actividades considerados.
5.3 Referentes Metodológicos
5.3.1 Episodios Históricos
Revisar la historia de la electricidad puede resultar disperso si no se tienen claras las
intenciones por las que se hace la indagación. El uso de la historia que se considera en este
trabajo recoge los episodios históricos y las problemáticas involucradas en el desarrollo de
la electricidad, particularmente los que se orientan en la perspectiva de la teoría de campos.
A diferencia de los historiadores de la física la intención que motiva esta búsqueda y
análisis es identificar episodios históricos que permitan hacer procesos de intervención
110
didáctica, intervención que surge de las dificultades evidenciadas en los estudiantes y libros
de texto. Pero dicho proceso no es al azar, requiere hacer un seguimiento minucioso de los
trabajos, documentos, experimentos y modelos expuestos por los científicos cuyo aporte
resultó relevante para la posterior teoría de campos. Para ello se ha tenido especial cuidado
en la selección de los científicos, sus documentos y experimentos. No todos los trabajos son
útiles para nuestro propósito, solamente se recoge de ellos los aportes que poseen riqueza
conceptual en la caracterización del comportamiento del medio, particularmente la
experimentación, la producción de efectos, la elaboración de artefactos y las problemáticas
asociados en sus contextos sociales y culturales. Y que resultan relevantes para la
elaboración de la propuesta de introducción al electromagnetismo.
. Como tampoco todas las problemáticas que abordan son relevantes para nuestra propuesta,
solamente aquellas cuya orientación permite avanzar en la construcción del modelo de
campos. En estos sentidos investigadores como Cardano, Gilbert, Hauksbee, Gray, Dufay,
Franklin, Faraday y Maxwell ofrecen un amplio panorama de experiencias y problemáticas,
algunas recogidas por historiadores de la ciencia y otras buscándolas directamente en sus
escritos originales.
Criterios se selección de los episodios históricos y problemáticas
En la historia de la ciencia se encuentran miles y miles de experimentos y cientos de
científicos e investigadores. Para seleccionar un cierto número de ellos, muy reducido, se
debe tener una intención muy clara (Harré 1986). Lo que se pretende con la selección
realizada es construir una manera particular de llegar a la visión de campos que sea
significativa y didácticamente útil. Un aspecto central de la teoría de campos está en el
comportamiento del medio (Berkson 1985); entonces, una primera intención es buscar
problemáticas y episodios experimentales en los que el comportamiento de los materiales
sea lo relevante. Tenemos así; los experimentos de W. Gilbert sobre clasificación de
111
sustancias, y los escritos de Gray, respecto a la comunicación de la electricidad entre los
materiales, la construcción hecha por Dufay del carácter dual de la electricidad, debido al
comportamiento de los materiales, la organización elaborada por Faraday sobre el
comportamiento del medio desde el problema de la inducción eléctrica, los experimentos
realizados por Franklin sobre la conservación de la electrificación y la propuesta que hace
Maxwell de la cuantificación de la electrificación desde la noción de estado, de son
referentes importantes. Otro criterio importante es la construcción de experiencia sensible a
partir de instrumentos y aparatos según lo sugiere Pickering (1992) tal es el caso de los
experimentos de Gilbert y la construcción del Versorium, los experimentos de Hauksbee y
la maquina eléctrica, los experimentos de acumulación eléctrica con la botella de Leyden en
los experimentos de Franklin y la construcción de la unidad de electricidad de Maxwell en
sus experimentos con recipientes eléctricos. Y como tercer criterio está la construcción
fenomenológica de la perspectiva de campos, esto es, la manera como se construyó la
noción de campo teniendo en cuenta la experimentación.
5.3.2 La Narrativa Experimental
La manera como los textos presentan los discursos suelen responder a criterios de
organización y secuencia con una intencionalidad definida, esto es la retorica. Para
Ogborn, Kress y Martins (1996)
“Las explicaciones son historias sobre el mundo, en el que un grupo de entidades producen
los fenómenos que deben explicarse”
Desde esta presentación, la narrativa se basa en actos lingüísticos concretos que dependen
de la perspectiva con la que se observe el mundo, de acuerdo a los interrogantes que se le
hagan a la Naturaleza. Están orientados por la visión de mundo que tiene el autor y la que
quiere transmitir en el texto. En este sentido existe una narrativa experimental en los textos
que busca convencer al lector sobre como funciona el mundo, implicar al lector en los
112
acontecimiento que narra de acuerdo con las entidades y conexiones que establece. Las
entidades que se pueden encontrar en los textos pueden variar de acuerdo a la narrativa que
se quiere identificar en ellos, a saber: estructura semántica (argumentaciones), estructura
sintáctica (conceptos y relaciones presentes), estructura simbólica (ilustraciones presentes),
estructura curricular (tipos de actividades) y estructura evolutiva (grado de dificultad)
(Perales y Jiménez 2002) entre otras. En el caso de esta tesis se busca lo que Guidoni
denomina “una buena retórica” que contribuya a desarrollar relaciones de coherencia entre
el conocimiento (lo que se piensa), la intervención en los fenómenos (lo que se hace) y el
lenguaje (lo que se dice) (Izquierdo 2005a).
5.3.3. Explicaciones de los Estudiantes
Tal vez uno de los aspectos en los que mas investigaciones se han realizado en la didáctica
de las ciencias, desde hace algunos años para acá, corresponde a las explicaciones de los
estudiantes. Desde los aportes de la psicología cognitiva, derivados de los trabajos de
Piaget y Vigotsky, se empezó a considerar la importancia de las ideas o representaciones de
los niños en la escuela. Los aportes de Driver (1998) sobre las preconcepciones o ideas
previas de los estudiantes en ciencias, abrió un campo de posibilidades nuevas. Algunas de
ellas consideran que los estudiantes desarrollan modelos de pensamiento similares a los que
históricamente se han realizado (Viennot 2002), otras consideran que los estudiantes poseen
pretorias o marcos explicativos para dar cuenta del mundo en que viven (Greca y Moreira
1998). Para nuestra investigación se parte del hecho de que los estudiantes han adquirido
modelos explicativos, por la formación que recibieron de física, que les permite dar cuenta
de los fenómenos electrostáticos, utilizando el modelo teórico de campos. La intención,
para esta tesis, es entonces, indagar por dichos modelos.
5.4 Instrumentos para Recogida de Datos
Para obtener información se han aplicado los siguientes instrumentos: análisis histórico –
113
critico, para las indagaciones históricas, red sistémica, mapas conceptuales,
macroestructura y microestructura del contenido, para libros de texto, y cuestionario con
preguntas abiertas cerradas para los estudiantes.
5.4.1. Estudios históricos
La selección de libros, artículos, documentos e información en general, proveniente de los
científicos que hicieron aportes al conocimiento del fenómeno eléctrico son recogidos
desde un perspectiva de estudios histórico – críticos; esto es analizar y reconocer un uso de
la historia donde son importantes; más que los modelos teóricos explicativos y las
narraciones de los hechos que describen descubrimientos y hallazgos importantes, lo que se
destaca es el énfasis en las problemáticas y preocupaciones de los investigadores en la
búsqueda del conocimiento. De aquí se desprende el interés por la experimentación y la
forma como es recogida en la construcción de la electricidad.
El análisis histórico – crítico tiene esencialmente una finalidad pedagógica. Al analizar el
pensamiento del investigador, se identifican solamente los aportes que tienen sentido para
la propuesta didáctica que se presenta. Se procura conservar sus comentarios y la
descripción de las experiencias, pero se recontextualiza de acuerdo con los propósitos
definidos y orientados por la propuesta. Este es un uso distinto de la historia de la ciencia,
no es descriptivo ni anecdótico sino problemático y experimental, no busca episodios
históricos para recrearlos sino para transformarlos de acuerdo con las necesidades de
construcción del electromagnetismo, no busca cambios ontológicos y metodológicos en las
teorías físicas, sino la construcción y organización del fenómeno eléctrico en la perspectiva
de campos. Se hace un esfuerzo por conservar una historia diacrónica con las limitaciones
que encierra reconstruir el pasado. Es un uso de la historia de ciencia como
recontextualización de saberes.
Es importante anotar que en este análisis no se pretende remplazar la actividad del
114
historiador como investigador de hechos históricos, pero sí se da una orientación diferente
al uso de la historia, se busca desde un enfoque pedagógico hacer un uso de la historia que
permita recontextualizar las problemáticas de los científicos con propósitos definidos para
la enseñanza de las ciencias. La búsqueda de las problemáticas y episodios históricos se
hace en correspondencia con las dificultades conceptuales que evidencian los estudiantes,
así como también los conceptos que estructuran la enseñanza de la introducción al
electromagnetismo en libros de texto de formación universitaria.
5.4.2 Eventos en Libros de Texto
A partir de la intención comunicativa del autor o la editorial es posible identificar el modelo
de ciencia que se va a encontrar en el texto. El prefacio, el prólogo y la introducción suelen
presentar las intenciones que el autor quiere mostrar: a quien o quienes está dirigido el
libro, el tipo de didáctica utilizada, el nivel y profundidad de ciencia que está presente y las
recomendaciones y sugerencias que presenta. Esta información la recogemos con una
plantilla para identificar aspectos básicos de su presentación.
Para obtener la información del contenido de los libros de texto seleccionados se ha
diseñado una organización en eventos que permite fragmentar la información, de tal manera
que cada evento brinde una información completa. Consideraremos como un evento aquella
parte del texto que conserva una estructura completa y encierra una información suficiente.
El evento puede ser un párrafo o una frase, siempre y cuando tenga una unidad lógica
completa, esto es, que permita brindar información suficiente para los propósitos de esta
investigación. En el evento puede el autor presentar varias funciones, a saber; define un
concepto, describe una situación, interpreta una situación, compara una situación con otra,
experimenta, ilustra, simboliza, matemática, problematiza…
115
5.4.3. Estructura del Texto
De acuerdo con las ideas de Van Dijk (1997) se pueden identificar en los textos tres tipos
de estructuras fundamentales, la superestructura, la macroestructura y la microestructura
La superestructura atiende a la “forma” u organización del texto, o de los fragmentos
recogidos de éste en su conjunto. Se identifican las ideas principales o globales que dan
lugar a diferentes superestructuras: narraciones, informes científicos, descripciones, Van
Dijk (1997)
La microestructura establece la relación y conexión entre las ideas. Estas relaciones se
pueden plasmar en un mapa conceptual de tal manera que se pueda identificar la forma
progresiva del tema, además de la coherencia y estructura de la secuencia de las
proposiciones.
La macroestructura tiene que ver con el significado general del contenido. Esta suele estar
presente en el resumen del tema, lo cual permite su comprensión y orientación por que
jerarquiza las ideas y le proporciona coherencia global.
Para el caso de los textos seleccionados se hace un análisis de la estructura de acuerdo con
la propuesta de Van Dijk para los capítulos de introducción al electromagnetismo.
Se realizó un análisis de los libros de texto de física (utilizados en las clases a las que
asisten los estudiantes del grupo seleccionado) en torno a las dificultades conceptuales que
evidencian, la estructura retórica presente, y los aspectos que tienen en común con las
explicaciones de los estudiantes.
116
Mapas conceptuales
Una manera de visualizar las jerarquías conceptuales que se presentan en los textos es a
través de mapas. Estos pueden ser considerados como una representación visual de la
jerarquía y las relaciones entre los conceptos, además de mostrar el hilo secuencial que
pretende mostrar el autor para el aprendizaje (González, Ibáñez, Casalí, López y Novak,
2000). Para nuestro trabajo, hemos considerado mapas que permitan visualizar los
siguientes aspectos:
- La jerarquía de los conceptos presentados en el capitulo analizado
- La jerarquía de los modelos explicativos correspondientes a la física
- La inclusión del campo fenomenológico, y
- Las relaciones de correspondencia que se dan entre ellas.
Existen modelos de mapas conceptuales como los de Thagard (1992) para los que es
posible establecer las características de un sistema conceptual, según el tipo de relaciones
que predomina, de acuerdo con una intencionalidad determinada (Marzabal 2010). De
hecho Thagard sugiere una manera de elaborar mapas conceptuales a través de relaciones
de partes, de clase, de propiedad, de regla y de ejemplo.
Para nuestro caso se recoge la idea de mapas sugeridos por Thagard, pero se hace una
modificación en su elaboración. Se ha diseñado un modelo que se basa en relaciones de
correspondencia entre modelos explicativos (ME), esquemas conceptuales (EC) y campo
fenomenológico (CF), esto permite identificar en la secuencia la jerarquía dada entre ellas.
De allí establecer la metodología subyacente en el texto y el seguimiento a los contenidos
concretos.
117
Redes Sistémicas
La red sistémica es una forma de organizar y analizar datos cualitativos a partir de
cuestionarios abiertos, entrevistas y/o observaciones en el aula. Es un método propuesto por
Bliss, J. Monk, M. y Ogborn, J. (1983) quienes afirman que “La lingüística sistémica esta
interesada en la descripción y representación del significado de los recursos semánticos
del lenguaje”. Se establecen categorías y subcategorías de acuerdo con la intención de
búsqueda. En este trabajo se construye una red para obtener información de los libros de
texto a partir de los eventos caracterizados. En el caso del estudio de los libros de texto, se
han hecho redes sistémicas para obtener información relacionada con diversos enfoques y
propósitos. Dentro de las redes sistémicas existentes hemos optado por una que recoge el
interés de este trabajo y es la propuesta realizada por el grupo LIEC (Llenguatge i
Ensenyament de les Ciències) quien identificó estilos retóricos en libros de texto (Izquierdo
et al 2005) haciendo referencia a modelos de ciencia, modelos de lector, modelo didáctico y
factualidad (esto es, los hechos que se describen en el texto). Dado nuestro interés
particular, solamente consideramos los modelos de ciencia, modelo didáctico y
factualidad. En una red sistémica como la que se propone es posible seleccionar y
categorizar la información cualitativa, teniendo en cuenta las categorías como “criterios o
indicadores que permiten caracterizar las diferentes “narrativas experimentales” que se
repiten en diferentes textos con una función específica (Izquierdo et al 2005)
5.4.4. Cuestionario a Estudiantes
Se ha diseñando un cuestionario dirigido a los estudiantes de licenciatura en ciencias
naturales y que han terminado los cursos de física introductoria. El fin de dicho
cuestionario es preguntar por los conceptos relacionados con la electrostática e indagar por
la capacidad de ellos para explicar fenómenos relacionados, de acuerdo con la física
aprendida. Los estudiantes contestaron preguntas abiertas y cerradas relacionadas con
fenómenos electrostáticos, preguntas formuladas desde la historia de la electricidad,
118
fundamentales para comprender la teoría de campos.
Las preguntas del cuestionario se hicieron a partir de fenómenos eléctricos estudiados por
los científicos que aportaron a la ciencia de la electricidad y cuyos trabajos fundamentaron
la posterior teoría de campos propuesta por Faraday y Maxwell. Cada pregunta lleva
consigo una experiencia, un lenguaje y un conocimiento determinado, lo cual permite
indagar la retórica de sus explicaciones.
Es importante resaltar que las preguntas del cuestionario están orientadas más a indagar por
la compresión que tienen los estudiantes del fenómeno, la capacidad de predecir un
comportamiento y establecer correspondencia entre situaciones que al modelo de
explicación propiamente utilizado. Aunque es de esperarse que los estudiantes terminen
dando explicaciones desde un modelo determinado, se quiere que piensen en el fenómeno
propiamente dicho, por eso se hace más énfasis en aspectos que sugieren por ejemplo,
“como lo harías” o estás de acuerdo? ¿Considera usted? más que el típico, ¿Qué sucede? o
¿sabes qué es la electricidad” empleadas en encuestas realizadas en otras investigaciones
sobre este tema, por ejemplo, Cudmani y Fondevila (1990).
119
6. RECOGIDA DE DATOS
Para esta parte de la tesis, el trabajo se ha centrado en los siguientes aspectos: 1) Recoger
información de los textos históricos, esto es, la experimentación realizada y los problemas
abordados, a través de la selección de los hechos históricos sobre electrostática. 2) Recoger
información de los libros de texto de física general a través de la selección de eventos en
forma de red sistémica, mapas conceptuales, y secuencia del contenido. 3) Recoger
información de las explicaciones de los estudiantes a través de cuestionarios sobre
fenómenos electrostáticos.
6.1 Episodios Históricos sobre la Electrificación
Se analiza el pensamiento de Cardano en la antigua Grecia, los experimentos de Gilbert en
la edad media sobre la exploración de los materiales, los papers de Hauksbee, Gray y Dufay
como experimentalistas que fueron de la Royal Society, los escritos y observaciones de
Franklin en EEUU, las cartas y escritos de Faraday en la Inglaterra de la restauración y
finalmente la síntesis de Maxwell en torno al electromagnetismo expresada en su tratado.
Todos ellos son documentos originales. Se quedan por fuera de este trabajo otros científicos
que también contribuyeron a la electricidad pero cuyo aporte no está en la perspectiva de
campos. Tal es el caso de Coulomb, Ampere y otros defensores del modelo newtoniano de
acción a distancia.
Una vez identificado el episodio histórico se hace un análisis crítico de la problemática
involucrada y mediante un ejercicio de recontextualización se consideran los aspectos
relevantes para ser tenidos en cuenta en la propuesta de intervención didáctica del
contenido.
El primer aspecto a ser considerado consiste en identificar la diferencia epistemológica
120
existente entre la visión de campos y la de acción a distancia, como modelos mutuamente
excluyentes entre si (Garcia E, 1999). Poner en evidencia las ventajas del modelo de
campos para explicar el electromagnetismo, sobre otros modelos explicativos, incluyendo
el de acción a distancia. Y posteriormente seleccionar los episodios históricos en los que se
considera relevante el comportamiento del medio, propio de la visión de campos.
Acción a distancia vs. Acción del campo En el proceso histórico de construcción del conocimiento en torno a los fenómenos
electromagnéticos es posible reconocer dos formas claramente diferentes y excluyentes
entre si de organizar dichos fenómenos: una, basada en una concepción de acción directa a
distancia, y, la otra, que niega la anterior, es la concepción de Campos, fundamentada en
una idea de acción contigua (Berkson 1985).
¿Qué ventajas tiene el modelo de campos?
La concepción de acción directa y a distancia tiene sus raíces en la visión de mundo de
Newton. En ella se parte de la existencia ontológica del espacio, el tiempo y la materia,
independientes entre sí; concibiéndose además espacios vacíos, no ocupados por materia
(Thomson J. J. 1909). El espacio es homogéneo e isotrópico. Sólo la materia es susceptible
de cambios y sólo ella puede ser causa de los mismos y sede de la acción; el espacio y el
tiempo, entretanto, son inmutables e inertes, son meros recipientes de la materia y de los
sucesos respectivamente (Harman 1990). Desde esta concepción ontológica se asume que
toda acción entre cuerpos distantes (partículas) es realizada de forma instantánea y
rectilínea por fuerzas que actúan a distancia en función inversa al cuadrado de la distancia
entre los cuerpos.
Para el caso del fenómeno eléctrico y en concordancia con lo anterior, la carga eléctrica es
considerada una cualidad de la materia y causa de los efectos eléctricos; las
121
manifestaciones que se dan entre cuerpos cargados se asumen como debidas a la atracción o
repulsión que se efectúa entre cargas puntuales. En los trabajos de Coulomb y Ampere se
concreta esta postura, donde, siguiendo el modelo newtoniano de acciones a distancia,
asumen respectivamente la acción entre cargas eléctricas puntuales y la acción entre
elementos de corriente como fuerzas centrales que varían proporcionalmente con el
cuadrado de la distancia que separa los entes en cuestión (Rodríguez 1983).
Algunas posturas mecanicistas posteriores introdujeron una cierta idea de campo como una
representación de la acción de las cargas eléctricas en puntos del medio circundante. En
esta representación el campo es asumido como un medio geométrico, sin existencia real,
pero con propiedades suficientes para dar cuenta del fenómeno electromagnético conocido
hasta el momento. A este respecto las consideraciones que hace Hertz son muy ilustrativas,
refiriéndose a las maneras de interpretar el acercamiento o alejamiento manifiesto entre
cuerpos electrificados desde una perspectiva de acción directa y a distancia. Hertz (1990)
afirma que es posible distinguir dos:
“Desde el primer punto de vista, consideramos la atracción de dos cuerpos como una
especie de afinidad espiritual entre ambos. La fuerza que ejerce cada uno de ellos está
vinculada a la existencia del otro cuerpo. Para que simplemente exista una fuerza tienen
que existir al menos dos cuerpos...Esta es la concepción pura de fuerza a distancia, la
concepción de la ley coulombiana.
Desde el segundo punto de vista, seguimos viendo siempre la atracción de los cuerpos
como una especie de acción espiritual entre ellos. Pero, aunque concedemos que sólo
podemos observar esa acción a distancia cuando tenemos al menos dos cuerpos, admitimos
sin embargo que uno solo de los cuerpos en interacción tiene constantemente la tendencia
de producir en cada punto de su entorno atracciones de una determinada intensidad y
dirección, también cuando no se encuentran en su proximidad otros cuerpos semejantes a
él. Con las tendencias de este tipo, que varían punto a punto, llenamos en nuestra
122
concepción el espacio. Con todo, no admitimos en el lugar de la actividad una cierta
modificación del espacio, en virtud de la cual podríamos designar ese lugar como sede de
la fuerza, y el cuerpo actuante sigue siendo a la vez sede y origen de la fuerza. Este punto
de vista viene a ser el punto de vista de la teoría del potencial....”
Llama la atención que esta segunda postura, considerada por Hertz como una versión
modificada de la concepción de acción directa y a distancia, sea la que suele lograrse a
través de la enseñanza del electromagnetismo que, como bien lo afirma este autor, no es
una concepción de campos propiamente dicha.
Esta imagen de mundo se contrapone con la de Campos, imagen desarrollada casi
paralelamente a la anterior. En esta visión del mundo no existe la materia discreta, lo que
existe ontológicamente es el espacio en el cual se suceden los fenómenos. Los cuerpos son
sólo regiones del espacio con propiedades diferentes (Whittaker, 1987). El fenómeno
eléctrico es determinado por el estado del espacio: electrificar un cuerpo es perturbar el
espacio en una región dada del espacio mismo, perturbación que se extiende a las regiones
vecinas afectándose así todo el espacio. La carga como fuente central de poder pierde aquí
toda su dimensión y pasa a ser una propiedad más del espacio, que es visto como sede de
las fuerzas.
Sobre la contraposición entre estas dos imágenes, Maxwell (1951) señala en la introducción
de su “Tratado de Electricidad y Magnetismo” lo siguiente:
“... Faraday veía líneas de fuerza atravesando todo el espacio donde los matemáticos veían
centros de fuerza atrayéndose a distancia.; Faraday veía un medio donde ellos no veían
más que distancia. Faraday veía la sede del fenómeno en las acciones reales que se daban
en el medio mientras que ellos consideraban haberla encontrado en un poder de acción a
distancia impreso en los fluidos eléctricos”.
123
Trabajos de investigación posteriores entraron a jugar un papel en la valoración de estas
visiones de mundo, siendo la imagen de acción a distancia la más afectada. La existencia de
ondas electromagnéticas puesta en evidencia por Hertz, fue imposible de ser explicada
satisfactoriamente desde una concepción de acción directa a distancia, que hacía de la
transmisión instantánea de la acción un fundamento de la misma. Estos hechos, más
desarrollos ulteriores como la Teoría de la Relatividad por Einstein, muestran la imagen de
campos como la más significativa para explicar los fenómenos electromagnéticos, así como
la que tiene la mayor incidencia en la actualidad en la explicación de los fenómenos
eléctricos.
Investigaciones en el campo de la didáctica de las ciencias reconocen que en la enseñanza
del electromagnetismo no se hace explicita la distinción entre estas dos visiones de mundo
(Furió y Guisasola 1997), de tal manera que a la postre el estudiante no desarrolla una
imagen de fenómeno eléctrico y mucho menos en la perspectiva de campos.
Los siguientes son episodios históricos cuyo análisis se orienta en la perspectiva de campos.
6.1.1 El comportamiento de los Materiales
En el mundo antiguo ya se reconocían fenómenos que se asociaban entre si: el extraño
comportamiento de la anguila eléctrica, los fuegos de San Telmo, formados en las
tormentas y que aparecen como flamas, la chispa que se desprendía de algunos materiales
empleados, especialmente sulfuros, y el extraño efecto del ámbar de atraer hacia sí objetos
pequeños en su vecindad. Se conocía también los efectos de la piedra imán (longstone) o
magnetita sobre pequeñas limaduras de hierro, atrayéndolas hacia sí.
Distinción entre lo eléctrico y lo magnético
Una primera interpretación del fenómeno la tuvieron los antiguos griegos para quienes era
124
lógico considerar que si el ámbar y la magnetita producen efectos de atracción, entonces se
trata posiblemente de un mismo fenómeno. Esta interpretación se mantuvo seguramente
hasta el renacimiento, cuando Cardano realizó las primeras experiencias que le permitieron
diferenciar entre el comportamiento del imán y el comportamiento del ámbar. Al acercar el
ámbar a pequeñas heces de paja se observa que ésta es atraída en cualquier dirección por el
ámbar, mientras que las limaduras de hierro son atraídas solo en ciertas direcciones
privilegiadas por el imán. Al respecto Cardano afirma que (tomado de Cid, 1977):
"La paja no es dirigida a ningún lado por el ámbar, el hierro es dirigido hacia el norte y el
sur por el contacto del imán"
El efecto de atracción en la piedra-imán privilegia una dirección, ya sea el norte o el sur,
pues el hierro sólo puede ser atraído por los polos del imán, mientras que el ámbar y las
demás sustancias no tienen una dirección privilegiada, aunque la mayor tendencia sea en la
dirección de frotación del objeto. Si bien ambos objetos atraen, el efecto de atracción en el
imán señala dos centros de atracción (norte y sur) pero en el ámbar sólo pone de manifiesto
uno. Así, el magnetismo exhibe un cierto carácter polar, entre tanto la electrificación, en
primera instancia no lo hace (Wise 1979). Tener en cuenta la dirección en la que son
atraídos los objetos livianos es un aspecto que permite comenzar a diferenciar lo eléctrico
de lo magnético.
Fue precisamente el estudio del comportamiento del ámbar el que orientó lo que hoy en día
se conoce como la ciencia de la electricidad (Conant 1957)
Un segundo aspecto de distinción entre lo eléctrico y lo magnético es la sugerencia de
Cardano de que el ámbar puede atraer a muchos cuerpos livianos tales como semillas,
plumas, hilos de paja…mientras que la piedra- imán solo lo hacía sobre cuerpos livianos de
hierro. Sin que Cardano se lo propusiera ya estaba considerando los primeros detectores de
electricidad. Muchos de los experimentalistas posteriores utilizaron plumas, semillas o hilos
125
metálicos como detectores de electricidad. El ámbar puede atraer cualquier material liviano
que se encuentre en la vecindad, mientras que el imán solo puede hacerlo sobre limaduras
de hierro, entonces no estamos frente al mismo fenómeno. De hecho deben ser fenómenos
diferentes.
Quien recoge el pensamiento de Cardano y hace pública la distinción entre lo eléctrico y lo
magnético es W. Gilbert (1544 – 1603) ya en la edad media. Gilbert encuentra que el hierro
sólo es atraído por la piedra – imán, mientras que los cuerpos livianos no son solamente
atraídos por el ámbar sino también por otras sustancias que producen el mismo efecto.
Gilbert experimenta con muchas sustancias y elabora un registro de ellas, registro que
publica en su libro “De Magnete”, seguramente el primer libro a nivel de la historia que
publica un estudio sistemático y profundo sobre el fenómeno eléctrico y el magnético y con
suficiente experimentación. Aunque su interés se centró principalmente en el estudio del
magnetismo, investigó también la electricidad para distinguirla de éste (Hankins 1988).
Gilbert (1958) En torno a la clasificación dice lo siguiente:
"No es únicamente el ámbar, como ellos suponen el que atrae cuerpos pequeños, sino
también el diamante, el Zafiro… el ópalo, la amatista, berilio y cristal de roca. Estas
sustancias atraen todas las cosas, y no solo plumas de ave y pequeños trozos, sino también
los metales, madera, piedra, tierra, y también agua y aceite, y todo lo que está sujeto a
nuestros sentidos y es sólido”
Establecer que las sustancias frotadas atraen todo lo que está sujeto a nuestros sentidos y es
sólido es una consideración fundamental. Esta virtud eléctrica, como era llamada en la
época, no es una propiedad de algunas sustancias, sino de toda la naturaleza que es
susceptible a nuestros sentidos. En principio, todos los cuerpos de la naturaleza se pueden
electrificar por frotamiento y todos los cuerpos de la naturaleza pueden ser atraídos. Sin
embargo Gilbert experimenta dificultad en los metales, en los que no encuentra evidencia
de electrificación, ni siquiera teniendo los mayores cuidados. De todas maneras organiza
126
los distintos materiales de la naturaleza por su comportamiento; aquéllos que atraen como
lo hace el ámbar son considerados como eléctricos, (ámbar en griego significa eléctrico).
Finalmente, para establecer más diferencias con el comportamiento de los imanes, Gilbert
establece que las sustancias eléctricas requieren ser frotadas para observar el efecto de
atracción, mientras que la piedra – imán no requiere ser frotada para producir efectos de
atracción.
Las fuerzas de atracción
El centro de atención en los estudios de Gilbert (1958) sobre cuerpos eléctricos gira en
torno a la frotación para obtener electrificación y en la atracción para evidenciar la
electrificación.
Respecto a la frotación encuentra que no todos los materiales adquieren la misma fuerza de
atracción cuando son frotados. Algunos evidencian mas fuerza que otros.
"fuerzas de atracción semejantes la poseen el vidrio, especialmente el limpio y brillante,
gemas artificiales hechas de pasta, vidrio o cristal de roca, barras de fluorita y belemnitas.
El sulfuro también atrae, como también el mastich,, la laca, la resina dura y otras. Fuerza
de atracción débil la ejercen la sal gema, a cierta condición atmosférica, la mica y la roca
de aluminio"
Si bien no menciona que la fuerza de atracción depende del material con que es frotado, se
hace énfasis en que la calidad de la electrificación depende más de la naturaleza del
material mismo que de la fuerza con que se realiza la frotación. Queda claro que la fuerza
de atracción es una característica del cuerpo mismo, es decir del material y no tiene que ver
con la intensidad con la que se produzca la frotación. La necesidad de frotar las sustancias
para apreciar mejor los efectos y la selección de los cuerpos que son atraídos resultan
127
relevantes en su clasificación. Fuerzas fuertes y fuerzas débiles son las que experimentan
los diferentes cuerpos al ser frotados.
Una pregunta que tal vez se hizo Gilbert tenia que ver con lo siguiente; ¿es posible
aumentar las fuerzas atractivas para registrar mejor sus efectos? Experimenta con varias
sustancias incluso sometiéndolas al calor y observando su comportamiento. En una de ellas
manifiesta que:
"tenemos que el ámbar no atrae con el calor, porque al calentarlo al fuego y acercarlo a
fibras, ya sea medio caliente, o fuerte o casi en ignición no ejerce ninguna atracción”
Un viejo prejuicio establecía que al frotar un cuerpo, éste se calienta y esa es la razón por la
cual puede atraer cuerpos livianos en la vecindad. Al frotar un material, la fuerza de
frotación hace que los cuerpos se calienten, se creía que el calor era la razón de la fuerza de
atracción cuanto mayor frotación, más calor, y cuanto más calor más fuerza de atracción.
Incluso muchos estudiantes, hoy en día, cuando se les pregunta por la fuerza de frotación
opinan que cuanta mayor frotación se de a un objeto entonces mayor efecto de atracción va
a tener. Gilbert afirma todo lo contrario, el calor no solamente no mejora la fuerza de
atracción sino que ésta desaparece.
Gilbert establece que tanto el ámbar como las otras sustancias mencionadas después del
frotamiento, comienzan con el tiempo a perder lentamente la virtud atractiva, hasta que ya
no es posible observar efecto alguno, y que incluso unas lo hacen primero que otras.
Además al calentar las sustancias, éstas pierden más rápido la virtud atractiva, ¿Cómo
lograr entonces mantener por mayor tiempo la fuerza de atracción?
La explicación del comportamiento de los materiales frente a la electrificación lo hace
Gilbert, desde un contexto animista de la naturaleza. Al respecto Summers (1988) traduce
de Gilbert que:
128
"La electricidad es una propiedad universal de la materia" “mediante el frotamiento se
libera la sustancia electrizada o “efluvio” que es como una materia sutil que entra en
contacto con los cuerpos ligeros en las proximidades del objeto electrizado haciendo que
los cuerpos se junten”
El problema en torno ha qué ocurre con la virtud eléctrica una vez frotado el cuerpo y por
qué después de cierto tiempo ésta desaparece son abordadas posteriormente por Stephen
Gray en Inglaterra.
Evidencia de efecto sensible
A diferencia de otros fenómenos de la naturaleza en los que los efectos son sensiblemente
más notorios, como los fenómenos térmicos o mecánicos, los fenómenos electrostáticos
pueden llegar a ser imperceptibles para ser observados. Gilbert es el primero en manifestar
la dificultad al considerar las fuerzas de atracción débiles que manifiestan algunos cuerpos
al ser frotados. ¿Como detectar los efectos de estas fuerzas débiles? Un problema notorio lo
tuvo con los metales, los cuales se apreciaba que no atraían cuerpos livianos en su vecindad
después de ser frotados. Había dos alternativas, no se dejaban electrificar o su
electrificación era muy débil para ser detectada. Esta preocupación lleva a Gilbert a diseñar
un instrumento que tuviera la mayor sensibilidad posible. Ya se conocía la brújula traída de
oriente e incluso su utilidad como guía para los marineros: se sabía que siempre apuntaba
hacia el polo norte magnético terrestre. Gilbert (1958) (1952) construye por analogía un
instrumento con sensibilidad al movimiento de rotación al que denomina “Versorium”, el
cual consiste en una aguja montada sobre un soporte fijo, con libertad de movimiento sobre
su eje. La sensibilidad del instrumento está en que el soporte termina en punta y por lo tanto
la aguja puede fácilmente salir de su posición de equilibrio. Con éste instrumento realiza
cuidadosas observaciones sobre el comportamiento de muchos materiales al ser frotados,
llegando a concluir que los metales no son eléctricos, en tanto no es posible evidenciar
129
fuerza de atracción con el Versorium. Más tarde Dufay demostraría que los metales si se
pueden electrificar.
Con la clasificación de los materiales en eléctricos y no eléctricos realizada por Gilbert,
posteriormente Dufay encuentra que algunos cuerpos son más aptos que otros para ser
atraídos. No todos los materiales resultan atraídos de la misma forma y con la misma
intensidad. Esto permite seleccionar materiales para ser utilizados como detectores. Dufay
lo expresa así (tomado de Cid 1977):
“Los cuerpos menos aptos para convertirse en eléctricos por si mismos, son los que más
fácilmente resultan atraídos y los que con mayor facilidad transmiten y a mayor distancia y
más abundantemente la materia eléctrica”
Los no-eléctricos son los que evidencian fuerzas débiles (imperceptibles) tal como los
metales, papel, hilos, plumas…mientras que los eléctricos como vidrio, cera o laca no eran
convenientes para evidenciar efectos. Hauksbee, en sus experimentos, utilizó hilos
metálicos suspendidos con capacidad de moverse a uno y otro lado. El problema de estos
detectores era vencer la acción gravitacional cuando el efecto es muy pequeño; por lo
demás resultaron bastante sensibles y fueron también utilizados por Faraday y Maxwell en
muchos de sus experimentos. Gray se valió a su vez de plumas como detectores de la
comunicación de la electrificación pudiendo hacer observaciones del comportamiento de
materiales que se encuentran en contacto, incluso a grandes distancias.
Para Faraday hay dos aspectos se hacen relevantes al momento de pensar en diseñar buenos
detectores. Resalta cómo se pueden obtener: el soporte debe permitir gran movilidad y el
material ha de ser bastante liviano. Sugiere que, por ejemplo, el vidrio convexo de un reloj
es un buen soporte si se coloca encima una tablilla de vidrio que pueda girar libremente.
También se puede utilizar tiras de papel en forma de aro, tal que al acercar el cuerpo
frotado “La tira empieza a girar tratando de alcanzar la varilla de lacre” Faraday (2004)
130
Un aspecto que se hace relevante para Faraday es que el cuerpo frotado también se puede
convertir en detector de electrificación. Al respecto Faraday (2004) dice:
“En cualquier situación el cuerpo que atrae también es atraído o repelido”
Faraday ya estaba convencido de la existencia de dos electricidades y de sus
comportamientos. En uno de sus experimentos coloca una varilla de laca frotada
previamente con franela sobre un soporte de papel hecho en forma de estribo, suspendido
de un hilo de seda y observa como al frotar otra varilla de laca con franela y acercarla a la
que se encuentra suspendida se observa repulsión entre ellas. La repulsión era un indicio de
electrificación y el cuerpo electrificado era ahora un detector de electrificación. El éxito de
este experimento es posible gracias a que Faraday ya consideraba que la electrificación se
presenta en cuerpos electrificados y no como se pensaba antiguamente, que un cuerpo porta
la electrificación y el otro es neutro.
Partiendo del reconocimiento de la existencia de las dos electricidades, Faraday (1965) y
Maxwell (1951) utilizaron detectores basados en el comportamiento dual de la electricidad.
Un fino hilo metálico (usualmente oro) era suspendido del recipiente metálico al cual se
quería identificar su electrificación y a lado y lado del hilo se colocaban objetos que habían
sido electrificados previamente, ya sean vítreos o resinosos. El comportamiento del hilo en
una dirección o en la otra, mostraba el tipo de electrificación que tenía el recipiente
metálico. Estos instrumentos fueron llamados electrómetros, porque además de evidenciar
la electrificación podían hacer registros y medidas.
Los electroscopios actuales de panel de oro utilizan el principio sugerido por Dufay de
repulsión eléctrica entre dos electrificaciones de la misma clase. En ellos, una aguja puede
moverse libremente alrededor de un eje de rotación bastante sensible y cuando hay
electrificación entonces se observa repulsión de la aguja con relación a su eje central. Los
libros de texto no consideran relevante esta información.
131
6.1.2 Producción y Acumulación
El conocimiento de los fenómenos eléctricos hasta el siglo XVII era escaso. Las
investigaciones que se dieron posteriores a Gilbert, se mantenían en el estudio del
comportamiento de los cuerpos frotados. En la línea de caracterizar el comportamiento de
los materiales, y manteniendo la frotación como el referente mas importante, no se tardó en
identificar materiales que al ser frotados evidencian “buen” poder de electrificación, el
vidrio, la pasta, el azufre, la resina y por supuesto el ámbar, entre muchos otros que Gilbert
catalogó. El diseño y construcción de máquinas tuvo un impulso durante el renacimiento,
particularmente en el siglo XVII. Fueron famosas, entre otras, las maquinas utilizadas por
Boyle para producir vacío, los Hemisferios de Magdeburgo y las maquinas eléctricas de
Guericke y Musschenbroek. La época de la Ilustración se caracterizó por el impulso a la
ciencia experimental y con ella, al diseño y construcción de aparatos e instrumentos de
observación y medida.
Generadores de electricidad
Se considera que Guericke en el siglo XVII construyó la primera máquina electrostática de
la historia (Ordóñez 2007) y que observó varios comportamientos en ella, como fenómenos
de atracción, repulsión, chisporreteo e incluso conducción eléctrica a través de un hilo, pero
que no presentó estos hechos como propiamente eléctricos. Por su parte Francis Hauksbee
(1666 – 1713), quien era el encargado de los experimentos en la Royal Society cuando
Newton era el presidente, se interesó por fenómenos eléctricos tales como la luminosidad
del fósforo y la luz barométrica, donde los destellos eran sorprendentes. Su preocupación
por estos destellos lo llevó a diseñar una serie de experimentos para reproducirlos.
Descubrió que bastaba con frotar por fuera un globo vaciado (de aire) para producir los
destellos. “Monté el globo de cristal sobre un eje y logré que luciera poniendo las manos
sobre el globo giratorio”. Lo importante de este experimento es que le posibilitó a
Hauksbee reproducir fenómenos eléctricos, controlar los efectos y mejorar la observación.
132
Una preocupación técnica para los experimentalistas de la época era ¿cómo mantener la
electrificación por más tiempo? ya que se sabía que una vez frotado el objeto, después de
un tiempo ésta desaparece. Hauksbee construye una maquina electrostática basada en el
principio de rotación (es la misma frotación pero ahora es el objeto el que gira) y con los
experimentos realizados con ella identificar la repulsión eléctrica. Mediante una polea que
se acopla a un globo de vidrio, soportado entre dos bases y con libertad de movimiento,
Hauksbee producía movimiento de rotación (otros experimentalistas como Gravesande
utilizaron globos hechos con azufre); luego, poniendo las manos sobre el globo obtenía la
electrificación. Es la forma contraria de realizar la frotación de cómo lo hacia Gilbert. Ya
no es la mano de la persona la que hace el movimiento de frotación, ahora quien se mueve
es el vidrio, por lo tanto se puede mantener el movimiento durante más tiempo. Al respecto
dice en Heilbron (1979) que:
“Frotar por fuera un globo de cristal bastaba para producir destellos y además
proporcionaba una forma convincente de producir electricidad”
Fue precisamente con esta máquina que Hauksbee identificó fenómenos que no se
adaptaban a las explicaciones basadas en el “efluvio” o atmosfera eléctrica que salía de los
materiales frotados, alcanzaba los cuerpos livianos y los atraía hacia sí. Si el globo gira,
entonces debe arrastrar el efluvio, pero la situación experimental no evidenciaba esto.
Colgó hilos alrededor del globo giratorio, esperando que con la rotación, los hilos se
orientaran en la dirección del movimiento, pero lo que sucedía era que “los hilos en vez de
ser zarandeados por el efluvio, se mantenían rígidos apuntando hacia el centro del globo”,
por lo tanto no parecía haber ningún efluvio, atmosfera o éter que explicara sus resultados
aparentemente contradictorios (Hankins 1988). La concepción vitalista del efluvio eléctrico
perdió vigencia. El generar electricidad en forma abundante y por más tiempo se ha
perfeccionado en la actualidad, pero el principio sigue siendo el mismo.
133
Acumulación de electricidad
¿Es posible “recoger la electricidad” y conservarla por más tiempo? Las ideas que se tenían
sobre el calórico y el flogisto, llevaron a considerar que posiblemente la electricidad fuera
una sustancia que se puede recoger y almacenar. Musschenbroek, experimentalista y
constructor de artefactos, diseñó un experimento que se convirtió en el primer acumulador
de electricidad, posteriormente reconocido como botella de Leyden. Al respecto dice en
Mason (1987)
“había recogido electricidad de un globo giratorio en un tubo de hierro suspendido del
techo con seda. Del extremo del tubo colgaba un alambre de latón que conducía la
electricidad a un matraz que contenía agua. Con la mano derecha sostenía el matraz y con
la mano izquierda intentaba conseguir una chispa, acercándola al tubo de hierro. De
pronto la mano fue sacudida con tal fuerza que todo mi cuerpo tembló como alguien
alcanzado por un rayo (…) el brazo y todo mi cuerpo está tan terriblemente afectado que
no puedo describirlo. Creí morir.”
Dos aspectos se hacen relevantes: la evidencia de que el matraz está cargado de electricidad
que se desprende por la violenta sacudida. La intención, en principio, no era acumular la
electricidad sino observar la comunicación de ésta, del hierro al agua y a la mano,
produciendo una pequeña chispa, pero la sorpresa es que al producirse una descarga
violenta entonces había más electricidad de la que en principio se creía. Y, sólo se puede
sentir la descarga cuando se acerca la mano al tubo de hierro, esto es, al cerrar un circuito.
Galvani y Volta ya habían hecho experiencias al respecto, pero Musschenbroek encontró
que la misma persona debía tocar el conductor exterior y el tubo de hierro al mismo tiempo
para apreciar el efecto. Con el tiempo se dio cuenta que podía sustituir la mano por un
conductor cualquiera. La botella de Leyden se convirtió en el primer condensador eléctrico
y el más común.
134
Esquema 1:
Resumen de las aportaciones sobre el comportamiento de los materiales
La frotación como criterio diferenciador del comportamiento eléctrico de
los materiales, posibilitó la distinción de estos, respecto a otros fenómenos
atractivos, clasificar los materiales de acuerdo con las fuerzas atractivas y
tener control de los efectos sensibles.
Comportamiento de
Los materiales
Distinción eléctrico
Y magnético
Control de efectos clasificación
eléctricos magnéticos EléctricosNo eléctricos
Fuerzas eléctricasEfectos sensibles instrumentos
detectores producción acumulación
direccionesprivilegiadas
Centros de atracción
Polos magnéticosCuerpos livianos Limadurasde hierro
VersoriumHilosAros
Plumas…
Maquinaselectricas
BotellasDe leyden
135
6.1.3 Las Formas de Comunicación de la Electrificación
Cuerpos en contacto
Las experiencias con los generadores eléctricos se difundieron rápidamente durante el siglo
XVII. Las técnicas de diseños de los globos de cristal se fueron ampliando y transformando
hacía formas diversas y manipulables. Stephen Gray (1666 – 1736), colaborador ocasional
de la Royal Society en asuntos experimentales, utilizó una maquina eléctrica como la de
Hauksbee, solamente que en vez de esferas de cristal utilizó tubos de vidrio, y, utilizando
una pluma como detector, encontró que la electricidad se comunica tanto a cuerpos que son
del mismo material como a materiales diferentes. De acuerdo con los historiadores, Gray
taponaba la boca del tubo con corcho, para evitar que entrara polvo en su interior y ello
afectara la fuerza de electrificación del vidrio. Al acercar la pluma, observó que esta era
atraída no solamente por el vidrio, también lo hacía el corcho. El descubrimiento parece
accidental, pero ya había algunas experiencias realizadas anteriormente por Hauksbee y
Gravesande en torno al comportamiento de los materiales al ser frotados. Solamente que
Gray la describe, puntualizando su sorpresa por el hallazgo. Al respecto Gray (1736) afirma
que:
"Frotando un tubo de vidrio de aproximadamente 3 1/2 pies de longitud y sosteniendo una
pluma ligera hacia el borde superior del tubo, hallé que se dirigía hacia el tapón de
corcho, primero atraída y luego rechazada por éste, así como por el tubo mismo. Me
sorprendió mucho y concluí de ello que había sin duda alguna virtud atractiva comunicada
al tapón por el tubo excitado"
La experiencia resulta significativa por cuanto se pone de manifiesto un nuevo aspecto de la
electrificación que no había sido evidenciado hasta el momento, a saber: la electrificación
no reside solamente en la región del material que ha sido frotada, esta es comunicada de
algún modo a las regiones vecinas que se encuentran en contacto, en cuanto ellas también
136
exhiben el poder de atraer. Es la primera experiencia de la que se tiene noticia de dos
materiales en contacto. En principio la función del tapón que era impedir la entrada de
polvo al interior del tubo de vidrio, termina convirtiéndose en un nuevo centro de
electrificación. Sin lugar a duda, la electrificación se comunica. Establecer que hay
comunicación de la “virtud eléctrica” es, en nuestro criterio, uno de los grandes aportes a la
visión de Campos.
Calidad de la comunicación
Identificar la comunicación de la electricidad como un problema central, posibilitó la
realización de experiencias con materiales diferentes al corcho y examinar su
comportamiento. Gray realizó experiencias con palos, hilos, metales, marfil, seda…y
encontró que la calidad de la comunicación variaba dependiendo de los materiales puestos
en contacto. Incrustando una bola de marfil en el extremo de un palo de abeto y el otro
extremo en contacto con el corcho, Gray se dio cuenta de que la fuerza de atracción era
mayor en el marfil que en el propio corcho. Gray (1736) lo describe de la siguiente manera:
"...teniendo conmigo una bolita de marfil de alrededor de una pulgada y tres décimos de
diámetro con un hueco, la fije a un palito de madera de abeto de cerca de 4 pulgadas de
largo; introduciendo el otro extremo dentro del corcho, y habiendo frotado el tubo,
encontré que la bolita atraía y repelía la pluma con más vigor que lo que lo había hecho el
corcho anteriormente”.
Es importante prestar atención a la afirmación “con más vigor” en la cual Gray observa el
comportamiento de la pluma. Está considerando que en algunos materiales se presenta una
mejor comunicación que en otros; en este caso se evidencia mejor electrificación cuando
esta es comunicada al marfil a través del palo de abeto, que al corcho. El marfil evidencia
mejor comportamiento que el corcho a pesar de estar más retirado del vidrio frotado. La
calidad de la comunicación no depende de la distancia sino de los materiales en contacto
137
Sin embargo, si el corcho está más próximo al vidrio frotado que al marfil ¿Cómo es
posible que éste último evidencie electrificación con más vigor? ¿Qué características tiene
entonces la comunicación en los distintos materiales? ¿De qué depende, del material del
cuerpo que sirve de intermediario (palo de abeto) o del cuerpo que exhibe la virtud eléctrica
(bolita de marfil)? Son preguntas que se desprenden del análisis de las experiencias de Gray
y que exigen un análisis cuidadoso de los materiales. Las explicaciones basadas en el
“efluvio” no podían dar cuenta de este tipo de comportamientos.
Gray no se conforma con evidenciar que la electrificación se comunica, y avanza en la
caracterización de ésta. En una experiencia posterior sustituye el palo de abeto por uno más
largo y luego por varillas de hierro y bronce, manteniendo la pluma como detector. Los
materiales interpuestos son diferentes como diferentes son los efectos registrados; el abeto,
el hierro y el bronce evidencian un comportamiento más análogo entre sí que lo que sucede
con el corcho; los primeros permiten una mejor comunicación de la electrificación, la del
corcho es débil. Al respecto Gray (1736) dice:
Luego fijé la bola en palos más largos, primero en uno de 8 pulgadas y luego en otro de 24
pulgadas de largo y encontré el mismo efecto. Entonces usé primero una varilla de hierro,
luego una de bronce para fijar la bola, insertando el otro extremo de la varilla en el
corcho, como antes, y encontré la misma atracción"
Si se tiene un mismo material, la calidad de la comunicación también varía, no se evidencia
la misma calidad a lo largo del tubo de vidrio o en el corcho que si se tiene madera o
varillas metálicas en las cuales Gray encuentra que es posible comunicar la electricidad a
distancias considerables, utilizando hilos metálicos
A partir de estas experiencias Gray pudo concluir que había ciertos materiales que
permitían observar comunicación de la electrificación a mayores distancias y otros en los
que no era posible evidenciar dicha comunicación. Materiales como los metales y la madera
138
(en particular el abeto) permiten comunicación a mayores distancias comparadas con
materiales como el corcho y la seda. En este sentido podemos asumir que la comunicación
de la electrificación depende de los materiales que se encuentran en contacto. En una
experiencia posterior en que reemplaza las varillas por hilos metálicos como cuerpos
intermediarios. Gray registra efectos cuando la longitud de los hilos eran de
aproximadamente 240 pies de largo, obtiene efectos de atracción en el extremo final del
hilo, lo cual resultaba bastante significativo para el época. Encontramos en estas
experiencias un aporte significativo en la exploración de los materiales respecto a la
comunicación de la electrificación. Algunos historiadores afirman que Gray llegó a
conducir la electricidad hasta 16 metros en una caña de pescar conectada con una cuerda y
Granville Wheler hasta 200 metros a lo largo de una pesada cuerda suspendida de cabos de
seda montados sobre postes. Surgía entonces la “conducción eléctrica”.
Las experiencias sobre comunicación de la electricidad a largas distancias mediante la
exploración del comportamiento de los materiales lo lleva a considerar que los cuerpos
metálicos son buenos para este propósito, mientras que la seda no. En una de las
experiencias realizadas encuentra que, al tratar de sostener largas cuerdas metálicas, utiliza
hilos metálicos, identificando que no se observa ninguna atracción de la pluma al final de la
cuerda, pero al cambiar el metal por seda se aprecia evidencia de electrificación. Al
respecto (tomado de Ordóñez 2007) dice:
“El éxito inicial dependía de los soportes de la línea de comunicación: éstos tenían que ser
de seda. Cuando la línea que transporta la virtud eléctrica estaba sostenida por los hilos
metálicos y el efluvio llegaba a los hilos de suspensión, pasaba a través de éstos a las vigas
del techo y no seguía la que debía llevarlo al marfil"
Para explicar las experiencias, el modelo de efluvio como atmósfera eléctrica se transformó
en fluido eléctrico. La característica del fluido era en cierta forma de carácter
substancialista. Muchos experimentos se realizaron para averiguar si tenía peso. En esta
139
interpretación, encontramos que para Gray la electrificación es como un fluido que se
propaga siguiendo una cierta trayectoria. En este sentido, la llamada virtud eléctrica era
conducida a través de los distintos materiales y aquellos que la transportaban a mayores
distancias resultaban buenos conductores, mientra que los que no lo hacían, resultaban
buenos aislantes. El lino, el cobre y el hierro son buenos conductores, la seda, la cera y el
corcho son buenos aislantes. Un niño de 21 kilogramos de peso, suspendido de cuerdas de
seda, se comportaba como un autentico conductor.
Es importante resaltar, en este momento, que las experiencias que encontramos
significativas en el trabajo de Gray, permiten construir elementos cuya orientación se da en
la perspectiva de campos. Primero, porque la comunicación hace de la electrificación algo
dinámico en el sentido de que ésta no se evidencia solamente en el cuerpo frotado sino que
es posible evidenciarla en todas las regiones del medio que son vecinas, sean éstas del
mismo o de diferente material, y, segundo, porque permite pensar que no existen cuerpos
electrificados aislados, sino que el electrificado es el medio mismo compuesto por objetos
de diferente material, así como también que la electrificación requiere un cierto tiempo de
comunicación, elemento fundamental de la teoría de campos.
Electrificación por influencia
Especial atención merece una forma de comunicación de la electrificación que no depende
de un contacto directo entre los cuerpos. Gray encuentra que al acercar un cuerpo
electrificado a otro, es decir, al utilizar el aire como cuerpo intermediario, el segundo
cuerpo también exhibe electrificación. En este sentido un objeto metálico, soportado por un
material no conductor (aislante) se comporta lo mismo que un cuerpo que ha sido
electrificado por frotamiento. Gray lo presenta de la siguiente manera (tomado de Cid
1977):
“Una esfera de plomo suspendida por un cordel del techo, cuando se le acerca un tubo
140
frotado, el plomo atrae y luego repele limaduras de latón”
El hecho de que el plomo se comporte como un cuerpo electrificado, sin haber sido frotado,
implica que de alguna manera la electrificación se comunicó a él, desde el tubo frotado. Si
el tubo frotado se aleja, entonces la electrificación comunicada disminuye hasta
desaparecer. El comportamiento de los materiales conductores (plomo) en presencia de
cuerpos electrificados por frotamiento (vidrio) adquieren también la capacidad de
electrificar, situación que no se presenta con materiales no conductores (ámbar). Gray
prácticamente encuentra una nueva forma de electrificar los cuerpos y encuentra que no en
todos los cuerpos se puede evidenciar, solamente en los llamados no eléctricos (metales).
De acuerdo con Gray, estamos frente a dos formas de comunicación de la electrificación:
una, donde la electrificación comunicada no depende de la distancia entre el cuerpo
electrificado por frotación y el cuerpo al que se le comunica la electrificación; la otra, en la
que la electrificación es totalmente dependiente de esta distancia. Pero es importante hacer
notar que la diferencia no reside en que una se hace por contacto y la otra a distancia; de
hecho en los dos casos hay contacto, hay cuerpos intermediarios: palos, varillas, hilos o
aire.
Recojamos las dos experiencias realizadas por Gray, la que utiliza hilos metálicos como
soporte de la línea de comunicación y la que utiliza el aire, y analicémoslas detenidamente.
¿Son verdaderamente dos formas diferentes de electrificación? ¿Qué papel juega el cuerpo
intermediario? ¿Cómo explicar el hecho de que los signos de electrificación, en la esfera de
marfil, resulten indetectables, cuando se cambian los hilos de seda por hilos metálicos?
Gray no pudo explicar satisfactoriamente este comportamiento. Para él, la virtud eléctrica
se comporta como un fluido que se propaga siguiendo una cierta trayectoria y que depende
de los materiales utilizados, “el efluvio llegaba a los hilos de suspensión”; el abeto y los
metales son buenos conductores por que permiten el paso del efluvio, mientras que la seda
no lo es. Explicaciones que guardan similitud con la presentación que hacen los textos
sobre conducción eléctrica, solamente que estos últimos recurren a nociones como flujo de
141
electrones.
Desde esta perspectiva el aire resultaba también un mal conductor. Si bien la explicación da
cuenta de esta experiencia, tiene problemas cuando se quiere aplicar a la otra experiencia,
cuando se reconoce que la virtud eléctrica se puede comunicar a través del aire, por
inducción. El efluvio como fluido no es posible.
Dufay (1698 – 1739) oficial de infantería y gran experimentalista, amigo y colega de Gray
con el que mantenía correspondencia. Es posible entonces que Dufay conociera la
problemática de las formas de comunicación de la electrificación, aunque no lo menciona.
En sus escritos de 1734 para la “Philosophical Transactions” establece que, de acuerdo con
las experiencias realizadas
"Todos los cuerpos pueden electrizarse por si mismos (por frotamiento)”.
Esta es una consideración que se aleja de la propuesta de Gilbert de los cuerpos eléctricos y
no eléctricos. Muy seguramente, las experiencias realizadas por Gray le permitieron asumir
que materiales como los metales no exhibían signos de electrificación al ser frotados, pero
encontró los medios para hacerla evidente; así pues, si se aislaba debidamente no había
ningún problema al respecto. En este comentario se observa que todos los cuerpos de la
naturaleza se pueden electrizar por frotamiento, incluso la madera y los metales. Este
aspecto que resulta importante por cuanto que permite clasificar todos los materiales de la
naturaleza de acuerdo a su grado de electrificación. Además se encuentra una
caracterización de materiales que evidencian un comportamiento diferente de los otros, tal
es el caso de los metales, para los que se presentan ciertas condiciones si se quiere
evidenciar electrificación en ellos. Estas condiciones son, en cierta medida, de aislamiento.
Separar el metal por medio de cera o lacre es garantizar su electrificación. En este sentido
se aprecia una organización de los materiales que permite referirse a algunos de ellos como
buenos conductores y otros como poco conductores. En este sentido Dufay observaba que
142
si el lacre es un buen aislante, entonces la virtud eléctrica del metal no tendría forma de
conducirse (en el sentido de Gray). Por lo tanto electrificar el metal por frotamiento era
garantizar su permanencia.
Asimismo encontró otra forma de obtener la comunicación por influencia sugerida por
Gray. Todo era cuestión de aislar debidamente los cuerpos conductores. Por eso considera
en Hankins (1988) que:
“Y todos ellos (madera, metales, licores, etc.) adquieren la virtud eléctrica por
aproximación de un tubo de vidrio frotado, a condición de ponerlos encima de un soporte
de vidrio o de lacre"
La influencia de un cuerpo frotado cerca de otro, inicialmente no electrificado, produce en
éste evidencia de electrificación.
Estas dos formas de comunicación, que se suelen distinguir en los textos con los términos
de conducción e inducción, requieren sin duda una mayor caracterización. Faraday, como
veremos mas adelante, aportará mucho a este respecto, más aún, se podría asegurar, como
lo hace Berkson (1985), que la teoría eléctrica de Faraday es ante todo una teoría de la
inducción.
Estas experiencias abren un camino de pensamiento en la dirección de la teoria de campos,
porque en ella, es el medio el que evidencia electrificación, (incluso el aire) y requiere de
un cierto tiempo para comunicarse la acción. Son experiencias que se apartan de la teoría
clásica newtoniana, en la que uno de sus fundamentos es la existencia de cuerpos
electrificados aislados, en los que la fuerza de atracción o repulsión entre ellos es
instantánea, a distancia y en línea recta. Es así como el análisis de las experiencias de Gray
y Dufay permiten además dar una orientación pedagógica en la que se hace más
significativa la imagen de campos que la mecánica newtoniana, como fenómeno modelo de
143
organización de lo eléctrico, aunque sus modelos explicativos no sean coincidentes, pues
Gray asociaba la electrización a un fluido que se podía transmitir entre cuerpos y Dufay a
dos fluidos diferentes.
Resulta importante, en este momento, contrastar la imagen de Gray en torno a la
conducción con otras imágenes que históricamente se han desarrollado, como la de
Maxwell. En la presentación de Maxwell (1951) la idea de conducción está mas ligada a
una manifestación de la electrificación que se da en ciertos materiales llamados
conductores. Y la característica de ella es que un cuerpo que antes no manifestaba
electrificación, al ser puesto en contacto a través de cuerpo conductor con el cuerpo
inicialmente electrificado, entonces manifiesta electrificación. Maxwell considera la
electrificación como un “estado” es decir como un modo de estar de los cuerpos. La
inducción y la conducción son estados de electrificación y cualquier cambio en el estado
eléctrico de un cuerpo se debe al cambio de otro, en alguna parte. Precisamente la noción
de campo se construye sobre la base de lo que sucede en el medio. Esta manera de presentar
la conducción por Maxwell presentada en su tratado de electricidad y magnetismo y la
forma de presentar los rasgos característicos de esta forma de transferir la electrificación la
opone a la transferencia de electrificación por inducción, haciendo notar que la evidencia de
electrificación de un cuerpo por inducción no implica cambio alguno en la electrificación
del cuerpo inductor, pero, de otra parte está relacionada íntimamente con la presencia de
éste. Retomando a Faraday, denomina dieléctricos a los medios que transmiten los efectos
sin conducción e inducción a la acción que toma lugar a través de estos.
144
Formas de Comunicación de la
electricidad
Influencia Contacto Frotación
Inducción
Conducción Comportamiento
del aire
En un mismo material
En dos o mas materiales
Dielectricos
Esquema 3:
Resumen interpretativo de las aportaciones sobre las formas de comunicación de la
electrificación
Establecer que la electrificación se comunica a regiones del mismo
material y también otros materiales en contacto posibilitaron la
identificación de formas de comunicación como la inducción y la
conducción.
6.1.4 La Electricidad Dual: Atracción y Repulsión Eléctrica
Así como la atracción gravitacional de Newton ya era utilizada como modelo de
explicación para el sistema planetario, la atracción eléctrica se convirtió en el modelo por
analogía para explicar el comportamiento eléctrico de los cuerpos. Sin embargo un nuevo
145
fenómeno se presentó que no fue reconocido inicialmente como eléctrico, dado los
prejuicios del modelo newtoniano: la repulsión eléctrica. Hauksbee es el primero de los
investigadores de quien se tiene noticia que notificó este hallazgo, posteriormente
reconocido por Huygens y Gravesande, pero no por Newton quien llegó a considerarlo
como un mero rebote mecánico que no tenía nada que ver con el efluvio eléctrico (Hankins
1988).
Hauksbee realiza una experiencia en el generador eléctrico del globo de vidrio en la que
observa, según Hankins (1988), como:
“Unos trozos de latón bailaban alrededor del gran tubo de vidrio, siendo atraídos primero
hacia el tubo, repelidos después, y atraídos de nuevo”.
Considerar la repulsión como algo más que un rebote mecánico no es de fácil comprensión,
y mucho más difícil aún es asociarla al fenómeno eléctrico.
Charles Dufay es el primero en caracterizar y sistematizar la repulsión eléctrica. La
resistencia de los teóricos de la época a aceptar la repulsión eléctrica era bastante influyente
para las orientaciones experimentales. Por lo tanto no había mayor credibilidad en las
experiencias de Hauksbee y Gravesande al respecto. Dufay encuentra que cuando un
cuerpo es frotado, atrae cuerpos livianos en su vecindad, como lo consideraban en la
antigüedad, pero a diferencia de ellos, identifica que una vez que el cuerpo liviano
(detector) entra en contacto aparece entre ellos una fuerza de repulsión, debido al contacto.
Dufay (1734) lo expresa así:
"Al ser atraído por un eléctrico frotado y entrar en contacto con éste, cualquier otro objeto
quedaba a su vez electrificado y aparecía una fuerza de repulsión entre ellos"
Se aprecia con esta interpretación que Dufay asume (tal vez sea el primero) que el otro
146
objeto (detector) queda electrificado. Ya no es un objeto neutro, que simplemente es
atraído; ahora se considera como un objeto electrificado que interactúa con otro objeto
electrificado. Esta es realmente una nueva manera de ver la atracción; antes se consideraba
que la electrificación la poseía el cuerpo frotado, y que el cuerpo que servía de detector
carecía totalmente de electrificación; ahora la atracción es posible si están los dos cuerpos
electrificados. Por otra parte, si acercamos un objeto frotado a otro que no lo ha sido, el
efecto es de atracción, pero si hay contacto entre ellos el efecto es de repulsión. Si se
acerca, por ejemplo, vidrio frotado a una pequeña esfera metálica suspendida de un hilo de
seda, el metal evidencia electricidad debido a la presencia del vidrio pero, al entrar en
contacto las electrificaciones interactúan produciendo repulsión. El considerar la repulsión
con un efecto debido a la electricidad es un aspecto que consideramos fue fundamental para
Dufay, porque inició un nuevo tipo de experiencias.
La afirmación también sugiere que cuerpos metálicos que han sido electrificados por
contacto, evidencian entre ellos repulsión; por ejemplo, con una barra de vidrio
electrificada se electrifican por separado dos objetos metálicos, cada uno suspendido por un
hilo de seda. Si ahora acercamos entre si los dos objetos metálicos, se observa que hay
repulsión entre ellos. Esta experiencia compromete directamente la repulsión como un
efecto debido a la electrificación de los cuerpos, para que se presente repulsión ambos
cuerpos deben estar electrificados. Resulta relevante considerar como la repulsión eléctrica
se convierte en un aspecto significativo en la organización del fenómeno eléctrico y la
atracción eléctrica deja de ser la evidencia privilegiada que hasta el momento había sido.
Dufay avanzó en su caracterización. Interpretó la situación considerando que la electricidad
se podía adquirir de dos maneras, la que adquiere un cuerpo por frotamiento es propia, y
la que adquiere por influencia de otro es ajena. Un mismo material puede tener electricidad
propia o ajena, dependiendo de que forma sea electrificado. En este sentido encuentra que
los materiales más aptos para adquirir electricidad ajena son los buenos conductores:
madera, papel, metales, mientras que los materiales más aptos para adquirir electricidad
147
propia son los buenos aislantes; cera, vidrio, ámbar. Además encuentra que son
precisamente los materiales buenos conductores los que resultan más fácilmente atraídos.
Al respecto Dufay (1734) dice:
“Bástenos, por el momento, haber reconocido y establecido como principio que los
cuerpos menos aptos para convertirse en eléctricos por si mismos son los que más
fácilmente resultan atraídos y los que con más facilidad transmiten a mayor distancia y
más abundantemente la materia eléctrica; mientras que los que tienen más disposición en
convertirse en cuerpos eléctricos por si mismo, son menos apropiados para adquirir una
electricidad ajena y para transmitirla a una distancia apreciable”
De esta manera Dufay señala nuevos rasgos distintivos de las dos formas de comunicación
de la electrificación a partir de los rasgos mecánicos observados, ya sea; a) entre el cuerpo
electrificado por inducción y el cuerpo inductor, b) entre cuerpos electrificados por
conducción a partir de uno electrificado por frotamiento, c) entre cuerpos electrificado por
conducción y d) entre cuerpos frotados. Por ejemplo, un cuerpo electrificado por influencia
es siempre atraído por el cuerpo inductor, lo que permite establecer que el efecto de
atracción es una manifestación mecánica entre dos cuerpos electrificados. Esta es realmente
una manera nueva de ver la atracción, ya que antes se consideraba que la electrificación la
poseía el cuerpo frotado y el cuerpo que servía como detector era neutro o carecía
totalmente de electrificación. Ahora se considera que la atracción sólo es posible si están
los dos cuerpos electrificados. Los cuerpos más aptos para adquirir electricidad ajena son
los conductores, mientras que los más aptos para adquirir electricidad propia son los
aislantes como el ámbar y la resina por ejemplo. Dufay lo expresa de la siguiente manera
(tomado de Cid 1977):
“Si se frota una barra de vidrio adquiere electricidad propia, cuando el vidrio electrificado
se acerca a un objeto metálico suspendido, el metal adquiere la electricidad, la interacción
entre estas dos electricidades da como resultado el efecto de atracción. Debido a la
148
atracción el metal entra en contacto con el vidrio, una vez en contacto el metal adquiere
electricidad ajena, produciéndose ahora un efecto de repulsión entre ellos. Si luego se
acerca cualquier otro cuerpo frotado al metal, se puede presentar atracción o repulsión”.
En la primera parte del tratado sobre electromagnetismo de James C. Maxwell (1831 –
1879) se encuentra una problemática suya por caracterizar el comportamiento eléctrico
desde un enfoque fenomenológico, en el que construye, a partir de experiencias de
frotación, la condición eléctrica de inducción y conducción y, a partir de ellas, la
cuantificación de la electrificación. Para Maxwell (1951) los efectos de atracción o
repulsión sólo son posibles de observar entre cuerpos electrificados, es decir que no se
puede presentar el caso en que un objeto electrificado pueda atraer a otro no electrificado.
Por ejemplo, al frotar una barra de plástico y acercarla a un papelito (inicialmente no
electrificado) debe ocurrir que este último adquiera un tipo de electrificación que le
permita atraerse con la barra. Maxwell (1951) lo comenta de la siguiente manera:
“Ninguna fuerza, ya sea de atracción o de repulsión, se puede observar entre un cuerpo
electrificado y uno no electrificado. Cuando, en cualquier caso, cuerpos que no estaban
electrificados previamente, se comportan como un cuerpo electrificado es debido a que se
han electrificado por inducción”
Al expresar que los cuerpos que antes no estaban electrificados, ahora lo están por
inducción, Maxwell está haciendo una afirmación en la que hace posible que los cuerpos
puedan evidenciar una condición eléctrica diferente a la frotación y es ésta condición la
que hace posible que se pueda observar un efecto de atracción entre los dos cuerpos
electrificados: uno por frotación y el otro por inducción
El carácter Dual
Solamente la experimentación posibilitó avanzar en la construcción de modelos de
149
explicación sobre el comportamiento eléctrico de los cuerpos. Los nuevos fenómenos de
atracción y repulsión explicados anteriormente por Dufay resultaron fundamentales. Sin
embargo es el estudio de la repulsión eléctrica el que le lleva a plantear un interrogante que
terminaría con el descubrimiento del comportamiento dual de la electricidad. Dos cuerpos
electrificados con electricidad ajena se repelen, pero ya se preguntaba Dufay (tomado de
Hankins 1988) si:
“… ¿son repelidos de igual forma por todos los posibles cuerpos electrizados? ¿Difieren
únicamente los cuerpos electrizados en su grado de electrificación?
Pregunta que seguramente lo lleva a experimentar con diferentes sustancias y en la que
Dufay (1734) concluye que:
“Un examen de estas cuestiones me llevó a un descubrimiento que nunca hubiera
previsto…este principio es que existen dos tipos de electricidad muy diferente una de la
otra; la una la llamo electricidad vítrea y a la otra electricidad resinosa. La primera es la
del vidrio, cristal de roca, pelo de animales, lana y otros cuerpos, la segunda es la del
ámbar, copal, goma, seda, hilo, papel y un vasto numero de otras sustancias. La
característica de estas electricidades es que los cuerpos con electricidad vítrea repelen a
los de la misma electricidad y, por el contrario, atraen a aquellos de electricidad
resinosa”.
Comprender la existencia de dos clases de electricidad es posible si aceptamos, en
principio, la distinción entre electricidad propia y electricidad ajena. Una barra frotada A
con electricidad propia, se acerca a una esfera metálica B aislada y esta adquiere
electricidad ajena; el efecto entre ellas es de atracción. Cuando la barra A toca la esfera B,
el efecto ahora es de repulsión entre ellas. Si ahora otra esfera metálica C aislada y
previamente electrificada de cualquier manera se acerca a B se pueden presentar dos
situaciones: que el efecto sea o bien de atracción, o bien de repulsión
150
- Si el efecto es de repulsión, entonces quiere decir que el objeto (B) y el (C)
manifiestan un mismo comportamiento con relación a (A)
- Pero si el efecto es de atracción, entonces es por que (B) y (C) manifiestan
comportamientos diferentes con relación a (A)
Dufay tenia la firme convicción de que comportamientos iguales frente a un cuerpo
electrificado de referencia (en nuestro caso, cuerpo A) significan la misma clase de
electrificación (vítrea) y comportamiento distintos diferentes clases de electrificación
(vítrea y resinosa), haciendo entonces evidente la existencia de dos tipos de electrificación
(lo que los textos ahora denominan dos clases de electricidad, positiva y negativa). Al
examinar además las acciones mecánicas entre cuerpos con la misma clase de
electrificación, puede concluir que hay repulsión y con electrificaciones opuestas,
atracción. Concluye además que cuando un cuerpo es electrificado por conducción, éste
adquiere electrificación de la misma clase que la del cuerpo a partir del cual se electrifica.
Es de anotar como importante que la caracterización de la electricidad propia y ajena
orientó a Dufay en sus experimentos; así, al final, encontrara que ellas no son una
característica misma de los cuerpos electrificados y que la verdadera evidencia era la
existencia de dos clases de electricidad.
Faraday, motivado por la existencia de las dos electricidades, realiza una serie de
experimentos en los que destaca como ellas responden a dos tipos de acción completamente
diferentes a pesar de que la fuerza es la misma.
Para ello presenta el siguiente experimento:
1. Una barra de laca frotada con franela (l1) está suspendida de un estribo de papel
aislado, de forma que se pueda mover libremente a uno y otro lado. Una segunda
151
barra de laca, también frotada con franela (l2) se acerca a la que se encuentra
suspendida y se observa que entre ellas hay un efecto de repulsión.
2. La barra (l1) está suspendida del estribo. Una tercera barra de vidrio frotada con
seda (V1) se acerca a la que se encuentra suspendida y se observa que entre ellas hay
un efecto de atracción.
Faraday (1965) lo explica diciendo que:
“Estamos tratando con dos tipos de acción completamente diferentes de todo lo que hemos
visto hasta ahora, aún cuando la fuerza es la misma”
Maxwell (1951) asume las dos electricidades como un comportamiento que permite
clasificar el comportamiento de los materiales al ser frotados. Pero a diferencia de Dufay y
seguramente retomando a Faraday y a Canton6
establece la importancia del material con el
que se frota. Para ello Maxwell (1951) realiza el siguiente experimento:
“Friccione un trozo de vidrio y un trozo de resina, ninguno de los cuales exhibe ninguna
propiedad eléctrica, y déjelos con las superficies rozadas en contacto. Ellos aún no
exhibirán ninguna propiedad eléctrica. Ahora al separarlos se atraerán el uno hacia el
otro”
“Si un segundo trozo de vidrio es friccionado con un segundo trozo de resina y si dejamos
los pedazos separados y suspendidos en la vecindad de los pedazos anteriores, se puede
observar.
1) Que los pedazos de vidrio se repelen entre si
6 Bachelard en el capitulo de “historia epistemológica del electrismo” del libro de epistemología de la física muestra como en 1753 Cantón reconoce que “una barra de vidrio esmerilado cogía electricidad resinosa si se la frotaba con franela y electricidad vítrea si se frotaba con una tela de seda oleosa y seca” concluyendo que las condiciones en que se realiza el frotamiento pueden modificar totalmente los fenómenos.
152
2) Que cada pedazo de vidrio atrae a cada pedazo de resina
3) Que los pedazos de resina se repelen entre si
Las propiedades eléctricas de los dos pedazos de vidrio son similares entre si, pero opuesta
a aquéllas de los trozos de resina: el vidrio atrae lo que la resina repele y repele lo que la
resina atrae. Si un cuerpo electrificado de cualquier manera que sea, se comporta como el
vidrio lo hace, es decir, si repele el vidrio y atrae la resina, el cuerpo se dice que está
vitreamente electrificado; y si atrae el vidrio y repele la resina, se dice que está
resinosamente electrificado. Todos los cuerpos electrificados son electrificados vítrea o
resinosamente”
Se aprecia que la intención de los investigadores es diferente a pesar de utilizar
experiencias comunes. Dufay construye y organiza experiencias que le permitan llegar a
proponer la existencia de dos tipos de electrificación, tomando inicialmente la atracción
como indicio de electrificación. Faraday y Maxwell asumen como evidencia la atracción y
la repulsión entre cuerpos electrificados y a partir de ellas muestran como el carácter dual
es inferido a partir de ellas. Para Dufay, comportamientos iguales significaba misma clase
de electricidad y comportamientos diferentes, distinta clase de electricidad. Este tipo de
organización resulta significativo por cuanto permite hacer una organización de
experiencias en las que surja la dualidad de la electricidad como un aspecto natural de una
misma construcción de significados. Maxwell asume como hecho el comportamiento dual
de la electricidad. Para Maxwell el problema se reduce a la frotación entre dos cuerpos y
los efectos que presentan.
Si se hace un análisis de los libros de texto, se encuentra que ellos asumen el carácter dual
de la electricidad al estilo de Maxwell y no consideran en ningún momento el trabajo de
Dufay, porque no resulta significativo si lo que se busca es definir lo vítreo y lo resinoso.
Es importante anotar que el aporte de Dufay a la teoría de campos es fundamental, ya que
uno de los pilares de la visión de campos es el comportamiento dual del campo eléctrico y
153
por lo tanto se reconoce una acción del medio que se polariza.
Esquema 4:
Resumen interpretativo de las aportaciones sobre el carácter dual de la electricidad
Identificar la repulsión como debida al fenómeno eléctrico, posibilitó el
descubrimiento del carácter dual de la electricidad y la configuración de
nuevos centros de electrificación
6.1.5 Inducción y Polarización
El estudio del comportamiento de los objetos electrificados por influencia llamaron la
atención al reconocerse finalmente como eléctrico el fenómeno de la repulsión. Sin
embargo las dudas en torno a la atmosfera eléctrica sostenida por Gilbert y defendida por
Franklin llevaron a profundizar su estudio.
Carácter dual De la
Electricidad
Atracción y Repulsión
Electricidad propia Electricidad ajena
Conducción E inducción
Dos electricidades Nuevos centros De electrificación
Nuevo orden y Clasificación
Electricidad resinosa
Electricidad vítrea
154
Michael Faraday, dedica bastante interés al estudio de la electrificación por influencia o
mejor dicho inducción eléctrica. La inducción era reconocida como una de las formas de
electrificar los objetos, pero no gozaba del estatus de originalidad que tenían la
electrificación por frotamiento y por conducción (Tweney1985), ya que en las experiencias
se observaba como, al alejar el cuerpo electrificado, la influencia que ejercía sobre otro
desaparecía. A menor distancia mayor influencia y a mayor distancia, menor influencia. La
distancia era determinante para dar cuenta de la inducción. Para los libros de texto, la
electrificación por inducción sólo es posible cuando se obtiene carga neta diferente de cero.
Es claro que, en esta presentación, la inducción (llamada influencia) no es una
electrificación real ya que no hay carga neta diferente de cero. Esta presentación difiere de
la que hace Faraday en la que considera que la inducción eléctrica (influencia) es genuina y
con el mismo poder de acción que la electrificación por frotamiento y la electrificación por
conducción.
Inducción eléctrica
En la teoría de campos propuesta por Faraday se aprecia que la inducción eléctrica es más
que una de las formas de electrificar los objetos, va más allá, es elemento central y
organizador de toda la teoría y a partir de la cual se articulan las explicaciones de los
fenómenos eléctricos (Cantor, Gooding y James 1994). En una de las cartas enviadas a A.R.
Philips en la Royal Society (1843), titulada “Sobre la acción inductiva electrostática”,
comenta que los principios de la acción eléctrica inductiva son por muchos aceptados con
un grado de duda u oscuridad, lo que hace que se le reste importancia; por eso presenta una
serie de experiencias con las que pretende darle el status de elemento organizador de la
teoría.
En una experiencia considerada en sus cartas, Faraday examina la electricidad inducida en
un recipiente metálico por un objeto metálico electrificado ubicado en su interior. Al
respecto Faraday (1843) comenta:
155
“Represente (A) en el diagrama una enfriadora de peltre aislada, de diez pulgadas y media
de altura y siete pulgadas de diámetro conectada por un alambre con un delicado
electrómetro de hoja de oro (E) y sea (C) una esfera de latón aislada por un hilo seco de
seda blanca....a medida que (C) entra al recipiente (A) la divergencia de (E) aumentará
hasta que (C) esté alrededor de tres pulgadas del borde del recipiente y permanecerá casi
estacionaria y sin modificarse para cualquier descenso de ahí en adelante. Esto muestra
que la acción inductiva es completamente ejercida sobre el interior del recipiente y en
ningún grado directamente sobre los objetos externos”
El hecho de que no haya variación en las hojas del electrómetro le permite a Faraday
establecer que la inducción eléctrica presenta el mismo comportamiento que la conducción
eléctrica o sea que no son tan diferentes en su principio de acción como entonces se creía.
Faraday establece entonces que la acción inductiva no depende de la distancia.
A continuación Faraday plantea que la acción inductiva es igual en cantidad y poder a la
acción debido a la conducción y que por lo tanto las dos no se diferencian en su principio
de acción. Al respecto dice:
“Si (C) es meramente suspendida en (A), ella actúa sobre el (recipiente) por inducción
desarrollando electricidad de su propia clase sobre el exterior de (A), pero si (C) toca a
(A) su electricidad es entonces comunicada a él, y la electricidad que está positivamente en
el exterior de (A) puede ser considerada como aquella que estaba originalmente en el
portador (C). Como este cambio, sin embargo, no produce ningún efecto en las hojas del
electrómetro, esto prueba que la electricidad inducida por (C) y la electricidad en (C) son
precisamente iguales en cantidad y poder.”
Esta experiencia resulta significativa por cuanto permite establecer varios aspectos
relevantes:
156
1. No es posible diferenciar la inducción eléctrica de la conducción eléctrica a partir de
sus efectos, ya que ellos son iguales tanto cualitativa como cuantitativamente en
cantidad y poder. Si se tiene un conductor en el interior de un recipiente metálico no
se puede establecer si la electrificación observada por un electrómetro en el exterior
del recipiente es por inducción o por conducción. El mismo Faraday lo dice de la
siguiente manera:
“Una cierta cantidad de electricidad que actúa en el centro de (A) ejerce exactamente
el mismo poder externamente ya sea si actúa por inducción a través del espacio entre
éstos y (A) o si es transferida por conducción a (A)”.
Incluso Maxwell en su tratado de electricidad y magnetismo (1951) plantea una
experiencia similar para controlar la acción inductiva y es colocando el inductor en un
recipiente metálico cerrado (de esta manera mantiene la acción total).
2. La electrificación inducida es para Faraday un estado de electrificación genuino. El
poder de la acción inductiva no se diferencia de otras formas de electrificación, a
diferencia de los textos que consideran que un cuerpo esta electrificado cuando la
carga neta es diferente de cero.
3. La inducción es previa a la conducción. Para que se presente conducción al tocar el
recipiente metálico con el objeto electrificado ya existía previamente un estado
inductivo, lo que significa que la conducción es un estado derivado de la inducción.
La polarización eléctrica
En la presentación que hace Faraday, la polarización tiene el mismo estatus que la
inducción, ya que un medio inducido es un medio polarizado (Cantor, Gooding y James
157
1994). Ambas permiten plantear una serie de experiencias que contribuyan a dilucidar las
relaciones inducción, conducción y polarización; a explorar el papel de los conductores en
los fenómenos electrostáticos y a examinar el comportamiento eléctrico del medio.
Para Faraday, polarización e inducción son dos términos para mencionar el mismo efecto,
la misma acción. La acción inductiva es una acción sobre y por el medio: es una acción
contigua que se transmite de una parte del medio a las partes vecinas y así sucesivamente,
de modo que la forma como se propaga y se distribuye tal acción depende de las
características del medio. Basado en esta imagen de la acción eléctrica, a través de una serie
de experiencias demuestra que a distancias iguales pero en medios diferentes los efectos
observados son también diferentes. Faraday se pregunta si todos los cuerpos eléctricos
poseen realmente alguna influencia sobre el grado de inducción que tiene lugar a través de
ellos; en una de sus experiencias resalta que a distancia iguales pero en medios diferentes
los efectos observados son también diferentes, (contrario a lo que solía sostener desde la
perspectiva de acción a distancia). La experiencia de Faraday (1843) es la siguiente:
“Dos placas metálicas B y C, ubicadas simétricamente en aire con relación a una tercera
A cargada positivamente, se le suspendían desde sus superficies externas sendas láminas
de oro. Cuando las placas, y con ellas las láminas de oro, eran sacadas del aislamiento al
mismo tiempo (conectadas a tierra) y luego eran nuevamente aisladas estando en el mismo
dieléctrico; las láminas de oro colgaban paralelas entre sí. Pero al introducir laca entre
las placas paralelas A y C se observó que las láminas se atraían mutuamente”
Los resultados de esta experiencia ponen de manifiesto la influencia efectiva que tiene el
medio en la acción inductiva que se realiza a través de él y niega en consecuencia que la
acción inductiva sea una acción directa y a distancia. Es claro que, si se asume esta última
perspectiva -la acción inductiva como una acción directa y a distancia, ningún cambio ha
de esperarse al reemplazar un medio por otro, rompiendo la simetría. Si por el contrario, se
piensa que el medio define la acción inductiva, es de esperar que dicha sustitución produzca
158
un efecto sensible. De acuerdo con Faraday los materiales que conforman el medio se
pueden distinguir por la capacidad inductiva específica; para la experiencia propuesta, la
capacidad inductiva de la laca es mayor que la del aire. Si el medio a ambos lados de la
placa A es el mismo, en este caso aire, la acción inductiva sobre las placas conductoras será
igual, dada la disposición simétrica de las placas respecto de A. Al sustituir el aire entre las
placas A y C por laca, se presenta que, como la capacidad inductiva de la laca es diferente a
la del aire (mayor), debe inducir más hacia C que hacia B. De acuerdo con las condiciones
de la experiencia, tal sustitución se presenta una vez que las láminas B y C sean
simultáneamente sacadas del aislamiento y conectadas a tierra y nuevamente aisladas;
entonces es de esperar que la carga eléctrica de cada lámina no se altere por dicha
sustitución; en consecuencia la superficie de C que está de frente a A debe hacerse más
negativa y, para compensar, la superficie externa de ésta debe exhibir electrificación
positiva (en una cantidad igual al exceso de carga negativa producida por el cambio de
medio). Entretanto la superficie de B que está de frente a A debe hacerse menos negativa y
por lo tanto, para mantener su carga, la superficie externa de ésta debe exhibir
electrificación negativa (en una cantidad igual al defecto de carga negativa experimentado),
de ahí que las láminas metálicas que penden de las superficies externas de B y C se
atraigan.
Faraday va más allá en la caracterización de la inducción eléctrica y plantea que ella es
debida a la acción del medio en el cual se desarrolla (Berkson 1985), de modo que lo que
para los textos está determinado solamente por la distancia, para él es totalmente
dependiente del medio interpuesto. No establece diferencia entre el comportamiento
eléctrico del vacío y el de los medios materiales dieléctricos; por eso, la inducción eléctrica
y la polarización eléctrica son nociones coincidentes para él. Es más, desde su perspectiva,
en condiciones estáticas, la carga “observada” sobre las superficies de los conductores no es
más que un efecto residual del estado de inducción o polarización del medio dieléctrico en
la interfase con el conductor. Termina por afirmar (tomado de Gramajo 1992) que:
159
“Para resumir en algún grado lo que he dicho, considero el primer efecto de un cuerpo
excitado sobre la materia vecina como la producción de un estado polarizado de sus
partículas el cual constituye la inducción y esto surge de su acción sobre las partículas en
contacto inmediato con él, las cuales actúan nuevamente sobre las contiguas a ellas y así
las fuerzas son transferidas a distancia... La inducción parece consistir en un cierto estado
polarizado de las partículas del medio al cual son llevadas por el cuerpo electrificado que
sostiene la acción, asumiendo las partículas puntos o partes positivas y negativas que están
arreglados simétricamente la una con respecto a la otra y con respecto a las superficies
inductoras. El estado debe ser un estado forzado porque es originado y sostenido sólo por
la fuerza y cae a un estado normal o estable cuando esa fuerza es eliminada. Puede ser
continuado sólo en aisladores por la misma porción de electricidad debido a que
solamente ellos pueden retener este estado de las partículas...”
“Con respecto al término polaridad también, en el presente, sólo significo una disposición
de la fuerza por la cual una molécula adquiere poderes opuestos en partes diferentes... Si
la inducción se mantiene sin disminuir, entonces la consecuencia es la aislación perfecta, y
cuanto más alta sea la condición polarizada que las partículas puedan adquirir o
mantener, mayor es la intensidad que puede darse a las fuerzas actuantes. Si, por el
contrario, las partículas contiguas además de adquirir el estado polarizado tienen el poder
de comunicar sus fuerzas, entonces ocurre la conducción y la tensión es disminuida siendo
la conducción un claro acto de descarga entre partículas vecinas. Cuanto más bajo es el
estado de tensión al cual tiene lugar esta descarga entre las partículas de un cuerpo, mejor
conductor es ese cuerpo”
Como veremos, tal posición contrasta radicalmente con la presentada en los libros de texto,
para los que la inducción eléctrica se diferencia de la polarización eléctrica en tanto que la
primera se presenta en los conductores y la segunda en el dieléctrico.
De esta caracterización se desprenden aspectos fundamentales como:
160
a. No existe una distinción entre inducción y polarización ya que cuando se presenta la
inducción el medio se polariza.
b. Al estar el medio polarizado está realmente electrificado, es decir, que evidencia
una electrificación genuina. Electrificar un cuerpo es electrificar un medio
dieléctrico y esto es lo mismo que polarizarlo. La manera como se polariza depende
de las características eléctricas del medio.
c. La acción inductiva se da por influencia del medio y no es independiente de él
d. Los dieléctricos se diferencian de los conductores en la capacidad de sostener la
acción inductiva; mientras que los dieléctricos la soportan los conductores no lo
hacen. El hecho de que los conductores no soporten el estado de polarización
eléctrica permiten que la zona rodeada por un conductor quede aislada del resto en
el sentido de que cambios en el estado de polarización que ocurran en su interior no
generan cambios en el exterior y viceversa.
En la perspectiva de campos
Faraday demuestra porque la inducción eléctrica es el aspecto central de la teoría de
campos y cómo la experiencia descrita se puede explicar a partir de la acción inductiva
(Berkson 1985). A continuación se mostrará como los conceptos que en los textos son
meramente definidos como introducción al electromagnetismo o no tenidos en cuenta, se
entrelazan de manera significativa para conformar un modelo de explicación de los
fenómenos electrostáticos en la visión de campos.
En primer lugar es necesario considerar que la acción inductiva es una acción que se
propaga en el medio circundante. Electrificar un objeto es perturbar una cierta región del
medio que se encuentra en un estado de tensión; así pues, electrificar el medio es cambiar
su estado de tensión.
Como el medio es continuo, entonces todas sus partes están en contacto de tal manera que
161
afectar una región del medio implica afectar a las demás. Para que se pueda dar la acción
inductiva debe existir una resistencia de las partes del medio a través de las cuales se realiza
la acción. Tal resistencia se da porque las partes del medio son sacadas de su estado normal,
que tienden a conservar. La inducción implica entonces una condición forzada de las partes
del medio buscando regresar a su posición inicial (Cantor, Gooding y James 1994).
Los criterios para diferenciar la acción en medios diferentes están en la capacidad de dichos
medios de soportar la condición forzada. Un medio que se deja inducir fácilmente es aquel
que es capaz de soportar mayores niveles de tensión. Un conductor, por ejemplo, no es
capaz de soportar tensiones, por lo tanto su capacidad inductiva debe ser casi infinita,
mientras que el aire que se deja inducir fácilmente tiene capacidad inductiva baja. En este
sentido, el conductor viene a ser una región del medio en un estado de tensión rígido, por lo
tanto no soporta las acciones y las comunica o las conduce. Se aprecia en esta situación que
la conducción y la inducción son en principio de la misma naturaleza, es decir responden al
mismo hecho de soportar una condición forzada, solo que en una es muy baja y en la otra es
muy alta ( Hartman 1990).
Ahora bien, podemos considerar la condición forzada como una condición polar en tanto
que las acciones en un punto se dan en dos direcciones, de una parte por la acción inductiva
y de otra por la resistencia ofrecida. Este carácter dual es el que se manifiesta mediante dos
clases de electricidad: electricidad positiva y electricidad negativa. Podemos decir entonces
que cada punto del medio se encuentra en un estado de tensión dual o polar y por lo tanto el
medio se encuentra polarizado.
Como un conductor no puede sostener la condición forzada, entonces lo que ocurre es que
la evidencia de electrificación se debe a la condición forzada del dieléctrico que se
encuentre en contacto con el conductor (Hartman 1990).
Como cada parte del medio se polariza en la medida que lo hace la parte contigua, se
162
produce un arreglo de sus acciones o fuerzas que se pueden organizar en líneas de acción o
líneas de fuerza. Estas se pueden dar en línea recta o curva. En este sentido los cuerpos
conductores serán los puntos de partida o de llegada de las líneas de fuerza (Hartman 1990).
La atracción o repulsión se da cuando las acciones que soportan las partes polarizadas no
soporten una u otra condición, ya sea de resistencia o de tensión.
Un conductor electrificado dentro de un recipiente es una región que tensiona las partes del
medio circundante. Así pues la tensión se comunica a las demás partes del medio hasta que
llega a las paredes del recipiente; como que éstas no se dejan tensionar entonces allí
termina la acción inductiva. La evidencia de electrificación no es del conductor, es de las
regiones del medio que se encuentran en la frontera del conductor y que están polarizadas
debido a la electrificación. Sin embargo la acción total que se transmite es soportada por las
partes del medio en la frontera del recipiente, que también están polarizadas. Esto explica
por qué la electrificación que evidencia el electrómetro que se encuentra en las paredes
externas del recipiente es igual en magnitud a la del objeto dentro del recipiente; así, éste se
mueva en cualquier dirección dentro del recipiente, aunque no necesariamente en todas las
partes del recipiente sea la misma. Las líneas de fuerza que llegan al recipiente son igual en
cantidad a las que salen y ellas deben llegar a algún lugar donde se encuentre el conductor
(Cantor, Gooding y James 1994).
163
Esquema 5:
Resumen interpretativo de las aportaciones sobre inducción y polarización
La acción inductiva como acción de y sobre el medio, permitió la configuración de la
inducción como eje articulador de la teoría de campos y a establecer la conducción y la
polarización eléctrica como manifestaciones de esta.
6.1.6 Conservación y Cuantificación
Conservación de la electricidad
Uno de los aportes importantes en la caracterización de la electricidad lo hizo Benjamin
Franklin (1988) en su libro “Observaciones y experiencias sobre electricidad” como
respuesta a los modelos explicativos basados en los efluvios y en los fluidos sutiles de
moda en su época. El desarrollo de la máquina electrostática había llegado hasta la
posibilidad de permitir que la electrificación pudiera ser almacenada en la famosa botella
de Leyden (Summers 1988). Es precisamente con esta botella que Franklin realiza una serie
Inducción Y Polarización
Relación Inducción - conducción
Relación inducción - polarización
Poder de acción Capacidad inductiva
Comportamiento del medio
164
de experiencias para mostrar los maravillosos efectos que se pueden observar con ella.
En uno de sus experimentos Franklin forra la parte inferior de una botella, conectándole en
su parte inferior un cable que va hasta la parte superior de la misma. Para electrizarla
coloca la botella sobre cera para evitar que se descargue. Si entre este cable y el que
atraviesa el tapón de la botella coloca un corcho suspendido por un hilo de seda, se puede
observar que oscilará entre ambos cables, cesando este movimiento en el momento en que
la botella no se encuentra electrizada. Esto es, el flujo eléctrico ha pasado de la parte
superior de la botella a la inferior hasta conseguir el equilibrio (Franklin 1988).
En otro experimento coloca cerca de la botella electrizada un cable doblado en forma de C
y sostenido por un soporte de lacre (aislante), de tres formas diferentes:
a. Se pone en contacto un extremo del cable C con el fondo de la botella y con el otro
extremo se aproxima gradualmente al cable de la botella y se observa una serie de
chispas sucesivas hasta que se reestablece el equilibrio
b. Se pone en contacto un extremo del cable C con el cable de la botella y con el otro
extremo se aproxima al fondo de la botella y se observa una “corriente de fuego”
que desde el cable penetra la botella.
c. Con el cable C se toca el cable de la botella y el fondo de ella al mismo tiempo, lo
que se observa es que el equilibrio se restablece rápidamente de forma silenciosa e
imperceptible.
Al observar que entre el cable de la botella y el extremo del cable C hay sucesivas chispas
eléctricas y como consecuencia de ello la botella se descarga, entonces podemos decir que
el cable C al estar en contacto con la parte inferior de la botella adquiere electrificación
negativa, condición eléctrica diferente a la parte del cable de la botella. Luego, si se acerca
gradualmente el otro extremo del cable C a la parte del cable de la botella, se encuentra que
estos dos tienen diferente condición eléctrica (más y menos), por lo tanto la electrificación
165
entre ellos se anula en gran parte, como consecuencia de la chispa, descargándose de esta
forma lentamente y por completo la botella.
Cuando se pone en contacto el extremo del cable C con el cable de la botella, y el otro
extremo se aproxima a la parte inferior de ella, observamos que la botella se mantiene
cargada, entonces podemos decir que el cable C contiene electrificación positiva
comunicada por el cable el cable de la botella. Al ir acercando ahora el cable C hacia la
parte inferior de la botella, entonces se presenta el flujo eléctrico como resultado de dos
condiciones eléctricas diferentes, positivo el del cable y negativo el de la botella. Por eso la
botella no se descarga.
Cuando se conecta al mismo tiempo el cable C con el cable de la botella y la parte inferior
de la misma, lo que se aprecia es que la botella se descarga, sin que se observe chispa.
Recogiendo las dos interpretaciones anteriores podemos decir que en el cable C se presenta
una tensión eléctrica, tanto por el cable de la botella como por la parte inferior de ella y
como resultado se anula la electrificación en el cable C y por ende la botella se descarga
recuperando su estado original o de equilibrio.
Estas experiencias de Franklin ponen en evidencia que la electrificación, en principio, se
conserva. Su teoría del más y del menos le permitía interpretar que la causa era un mismo
fluido cuya cantidad aumentaba o disminuía al interior de la botella. Pero su aporte mas
importante es considerar el equilibrio eléctrico, donde hay presencia de electricidad pero
que no se manifiesta, solamente se hace presente en la interacción eléctrica. Al respecto
Franklin (1988) dice:
“Es imposible restaurar el equilibrio en esta botella mediante una comunicación interior,
es decir, conectando sus partes. Puede hacerse realizando una comunicación sin pasar por
la botella, entre la parte superior y el fondo por medio de un no-eléctrico. En este caso, el
equilibrio se restaura con violencia y rapidez inexpresable, mientras que si se hace con
166
pequeños toques se restablece lentamente”
Pensar que la electricidad se conserva sólo es posible si existe una cierta condición de
equilibrio, pero para que se de el equilibrio se necesitan dos partes, dos clases de
electricidad con poderes iguales y contrarios. Franklin los denomina positivo y negativo
(más y menos) y Dufay y Maxwell, vítreo y resinoso, desde visiones teóricas diferentes.
Cuantificación de la electricidad
Ya se han comentado algunas de las experiencias y problemáticas de Maxwell relacionadas
con los problemas de conducción y comportamiento dual de la electricidad. Sin embargo,
hay otras que contribuyen a la organización de la electrificación como una magnitud
cuantificable.
En la primera parte del tratado sobre electromagnetismo de James C. Maxwell (1951) se
encuentra una problemática suya para caracterizar el comportamiento eléctrico desde un
enfoque fenomenológico en el que construye, a partir de experiencias de frotación, la
condición eléctrica de inducción y conducción y a partir de ellas la cuantificación de la
electrificación.
Maxwell (1951) propone una serie de experiencias, a partir de las planteadas por Faraday,
con las cuales muestra que la electrificación es susceptible de cuantificación y constituye
una magnitud física extensiva. Lo que resulta aún más interesante del planteamiento de
Maxwell es que pone en evidencia que la cuantificación de la electrificación está
indisolublemente ligado a la conservación y dualidad de la electrificación.
Maxwell en el capitulo I de su Tratado describe una serie de experiencias que le permiten
plantear la electricidad como una cantidad física y establecer una unidad provisional de
carga (electrificación). En la descripción del experimento V establece un método para
167
electrificar un recipiente, de tal manera que su electrificación sea debida a la suma
algebraica de pequeñas electrificaciones Al respecto Maxwell (1951) dice:
“En el experimento II se mostró que si un trozo de vidrio electrificado por frotamiento con
resina es introducido en un recipiente metálico, la electrificación observada en el exterior
no depende de la posición del vidrio. Si ahora introducimos el pedazo de resina con el cual
el vidrio fue frotado, sin tocar ni el vidrio ni el recipiente, se encontrará que no hay
electrificación fuera del recipiente. De esto concluimos que la electrificación de la resina
es exactamente igual y opuesta a la del vidrio”
Aquí se aprecia un interés por mostrar que el poder ejercido en las paredes del recipiente
debido al vidrio y a la resina es de igual magnitud y de distinta clase. El hecho de mostrar
que son iguales es un elemento clave para pensar que la electrificación puede ser una
cantidad física. Por eso concluye diciendo que a partir de esta experiencia es posible
mostrar que “la electrificación del recipiente es la debida a la suma algebraica de todas las
electrificaciones”. El cómo hacerlo es lo que demuestra posteriormente en los experimentos
VI y VII; veamos como lo hace:
“Sea un segundo recipiente metálico aislado B, y sean el trozo de vidrio electrificado
puesto en el interior del primer recipiente A y el trozo de resina electrificado en el
recipiente B. Pónganse los dos recipientes en contacto mediante un alambre metálico como
en el experimento III. Todos los signos de electrificación desaparecerán. Luego retire el
alambre y saque los trozos de vidrio y resina sin tocarlos. Se encontrará que A está
electrificado resinosamente y B vitreamente.
Si ahora el vidrio y el recipiente A se introducen juntos en el recipiente metálico C, más
grande y aislado, se encontrará que no hay electrificación fuera de C. Esto muestra que la
electrificación de A es exactamente igual y opuesta a la del trozo de vidrio, y la de B se
puede demostrar de la misma manera que es igual y opuesta a la del trozo de resina”
168
Y es de esperarse que esto ocurra ya que:
1) La electrificación (por inducción) del recipiente A es debida a la electrificación del
trozo de vidrio y la del recipiente B es debida a la electrificación del trozo de resina
2) Los recipientes A y B recogen la acción inductiva total de los trozos de vidrio y
resina respectivamente, puesto que los rodean totalmente
3) Los trozos de vidrio y resina tiene electrificaciones iguales y opuestas; luego A y B
adquieren electrificaciones iguales y opuestas. Al conectarlos se espera que lleguen
al mismo estado de electrificación; y como el cambio de estado de electrificación de
A debe ser igual al cambio de estado de electrificación de B (por el principio de
causalidad, causa es igual a efecto), deben quedar en estado neutro.
4) Al desconectar los recipientes y luego retirar el vidrio de A, debe producirse un
cambio en el estado de electrificación de éste igual y opuesto al que había producido
al introducirlo; luego A debe quedar con una electrificación igual y opuesta a la del
vidrio. Con el mismo argumento se concluiría que B debe quedar con una
electrificación igual y opuesta a la de la resina cuando ésta se extrae de B.
Se ha encontrado, de esta manera, una forma de electrificar recipientes con electrificaciones
iguales y opuestas, lo cual puede ser mostrado empíricamente al introducirlos en un
recipiente metálico cerrado más grande: sus paredes exteriores no deben exhibir
electrificación. Al poder electrificar de esta manera los recipientes que desee, se puede
mostrar también empíricamente que la electrificación de la pared exterior del recipiente
mayor es la suma algebraica de las electrificaciones de los recipientes que se introducen en
él. Además, es importante destacar que Maxwell ha generado una unidad provisional de
electrificación.
169
Finalmente muestra como es posible transferir unidades de electrificación de cualquier
recipiente A o B a un recipiente C.
“Sea el recipiente B cargado con una cantidad de electricidad positiva, que por el
momento denominamos la unidad, introducido en el recipiente mayor C aislado sin tocarlo.
Este producirá una electrificación positiva en el exterior de C. Ahora deje que B toque el
interior de C. No se observará ningún cambio de la electrificación externa. Si B ahora es
sacado de C y alejado a una distancia suficiente se encontrará que B está totalmente
descargado y que C se ha cargado con una unidad de electricidad positiva”
Si el experimento se repite “se encontrará que B está completamente descargado y la carga
de C se duplicó”. Este experimento hace posible entonce cargar a C con cualquier número
de cantidades de electricidad. Es importante notar aquí que necesariamente al repetir el
proceso se han producido también un número igual de unidades de electricidad de la otra
clase. Luego, en todo el proceso, la cantidad de electrificación permanece nula: siempre
tendremos cantidades de electrificación igual y opuesta. Lo anterior pone de manifiesto el
carácter dual de la electrificación.
Maxwell, más adelante en su tratado, en el capitulo II, establece la electricidad como una
cantidad matemática y considera que cuando un cuerpo está electrificado “lo podemos
considerar cargado con una cierta cantidad de electricidad que podemos denotar por e”.
El proceso y planteamiento seguido por Maxwell alrededor del tema contrasta con la
presentación que hacen los textos al respecto. Como veremos, los textos parten de la
definición de carga eléctrica puntual para la introducción al electromagnetismo. Ella sirve
de base para posteriormente introducir las ideas de fuerza eléctrica, campo eléctrico y
potencial eléctrico. Sin embargo en su presentación no es posible comprender por qué se
asume la carga como magnitud física, ni por qué se cuantifica. Estos aspectos deben ser
objeto de un profundo análisis y en ese sentido Maxwell nos aporta para el segundo
170
aspecto; de otra parte, la electrificación es vista en la propuesta como un modo de estar,
más que como una propiedad inherente a la materia.
Aunque Maxwell establece a lo largo de su tratado lo que para él es la electricidad y que
sentido tiene hablar de un cuerpo cargado desde la visión de campos, para nosotros es
importante rescatar en primera instancia la forma como construye la unidad de carga
eléctrica a partir de una fenomenología muy precisa, donde la carga pierde todo carácter
ontológico y es interpretada como medida del cambio de estado de electrificación.
Esquema 6:
Resumen interpretativo de las aportaciones sobre conservación y cuantificación
El carácter dual de la electrificación permitió el establecimiento de los
estados de electrificación y con ello la configuración de una unidad
provisional de electrificación
Conservación Y
Cuantificación
Estados de electrificación
Carga inductiva
Interacción entre estados
Unidad provisional
e
Cuantificación
Conservación
Equilibrio eléctrico
Carácter dual
171
Síntesis del análisis histórico
Los estudios históricos que hemos realizado tienen una finalidad pedagógica que responde
a concepciones de ciencia y de actividad científica, como la que pusimos en evidencia en el
marco teórico, a través de la filosofía historicista de las prácticas experimentales. En
nuestro caso la concepción de ciencia como un proceso de construcción de conocimiento y
la actividad científica asumida como una actividad humana y cultural.
Orientados por este pensamiento, nuestro interés inicial fue abordar, a nivel histórico, la
triboelectricidad como un problema del comportamiento de los cuerpos al ser frotados;
hacer una primera clasificación de los materiales de acuerdo con el grado de electrificación
observado, diferenciarlo de otros efectos atractivos y buscar la manera de obtener efectos
más sensibles para obtener registros observables. Ello derivó en la necesidad de identificar
instrumentos (Versorium) y máquinas (Guericke, Hauksbee) para: detectar, producir y
acumular electricidad.
En el análisis sobre clasificación de los materiales, surge como relevante la pregunta sobre
¿Por qué la electrificación de los materiales desaparece?, pregunta que se hizo W. Gilbert
en la edad media, junto con sus contemporáneos. Encontramos algunos episodios en los que
Gray concibe experiencias en las que identifica que la electrificación se comunica, esto es,
en un mismo cuerpo y también en cuerpos en contacto. Identificar la conducción como una
forma de comunicar la electrificación, con características similares a la frotación, lo cual
posibilitó, además, identificar nuevos centros de electrificación. Igualmente, Dufay
identifica la influencia como otra manera más de comunicar la electrificación, en la que el
aire juega un papel relevante. Tal organización lleva a Dufay a reconocer, como ya lo había
hecho Hauksbee, la repulsión como un efecto debido a la electrificación (no considerado
desde la mecánica newtoniana) y con él, a realizar uno de los descubrimientos más
sobresalientes; el carácter dual de la electricidad, vítrea y resinosa.
172
En este orden de ideas, el estudio histórico nos lleva a un análisis más sistemático de la
inducción eléctrica realizada por Faraday. Aunque es preciso hacer énfasis que no es un
estudio con carácter lineal ni presentista. La experimentación realizada por Faraday pone
de presente situaciones que confrontan directamente las explicaciones basadas en la acción
directa y a distancia; como por ejemplo la acción inductiva. Pone de relieve que estos
nuevos comportamientos de la electrificación sólo se pueden explicar desde el
comportamiento del medio, a través de la acción contigua entre las partículas que lo
conforman, el cual requiere un tiempo de propagación y no es en línea recta.
Para dar una estructura completa al análisis histórico realizado, se termina con la
experimentación que hace Maxwell para cuantificar la electrificación, esto es, construir una
unidad provisional. Esta se hace posible, en tanto se reconoce el carácter dual de la
electrificación y se le asume como un estado. Maxwell recoge el trabajo de Faraday y le
encuentra valor epistemológico al campo y la noción de acción contigua. En su propuesta,
que termina formalmente en las ecuaciones fundamentales de campo, Maxwell reconoce su
importancia fenomenológica, el comportamiento del medio y el modelo de campo. Hertz lo
evidencia experimentalmente y Einstein lo define como una nueva manera de ver el mundo.
6.2 Libros de texto
Red sistémica
Para recoger y ordenar datos a partir de las categorías que se han establecido para cada
texto se tiene entonces la red sistémica. Partimos de las categorías: conocimiento, lenguaje
y experimentación sugeridas en Toulmin (1992) (Guidoni 1985) donde las categorías y
subcategorías que se han identificado son:
173
A. Conocimiento: A1: conocimiento científico. A1.1: corte histórico. A1.2: de física
actual. A2: también conocimiento cotidiano A2.1: aplicaciones industriales. A2.2:
vivencias familiares
B. Lenguaje. B1: narrativa descriptiva. B1.1: afirmativa. B1.2: problematizadora. B2:
lenguaje simbólico. B2.1: ilustraciones. B2.2: matemático
C. Experiencia. C1: hechos reales. C1.1: demostrativo. C1.1.1: cotidiano. C1.1.1.1 entorno.
C1.1.1.2 industrial. C1.1.2: laboratorio. C1.2: problemático. C2: hechos transformados. C2.1:
concretos. C2.2. abstractos
174
Esquema 7: Red Sistémica sobre el contenido de los textos
La red sistémica presenta las categorías y subcategorías para identificar la retórica del texto,
de acuerdo con el modelo de ciencia, de lector y de factualidad.
CONOCIMIENTO
LENGUAJE
EXPERIENCIA
Científico
Cotidiano
Histórico
Aplicaciones
Entorno
Moderno
Narrativo
Simbólico
Descriptivo
Problemático
Gráfico
Matemático
Real
Transformada
Demostrativa
Problemática
Cotidiana
Laboratorio
Entorno
Industrial
Histórico
Actual
Concreta
Abstracta
175
Cuadro de eventos
De acuerdo con la propuesta de Jiménez y Perales (2001) se han considerado una serie de
eventos que permiten identificar la secuencia didáctica del texto, la metodología subyacente
y el seguimiento al hilo conductor de los contenidos. Los eventos se organizan de tal
manera que tengan en cuenta la retórica establecida en cuanto a modelos explicativos,
estructura conceptual y campo fenomenológico. La siguiente tabla contiene el evento que
pretendemos observar y una descripción del mismo. Posteriormente se registra en una tabla
el numero de veces que se repiten los eventos para establecer la secuencia didáctica.
EVENTOS SELECCIONADOS
Nombre Descripción Conocimiento de corte histórico Modelos de explicación utilizados históricamente
Conocimiento científico actualizado Modelos actuales de explicación de situaciones
Conocimiento cotidiano Considera las explicaciones del estudiante, del sentido
común y popular
Narraciones afirmativas Expresa definiciones, afirmaciones, explicaciones,
analogías
Narraciones problématizadoras Se presentan situaciones que problematiza el
conocimiento
Ilustraciones y gráficas Tablas, dibujos, figuras y fotografías que encierran
una información completa
Expresiones matemáticas Ecuaciones, formulas, problemas matemáticos,
demostraciones matemáticas
Experiencias Recrea situaciones del entorno inmediato del
estudiante o de la industria
Demostraciones de laboratorio Describe, enuncia o demuestra un experimento
Experiencias transformadas Expresa experiencias en formas simbólicas o
mediante abstracción de ideas
Tabla 1: Cuadro de Eventos en Libros de Texto
176
Mapas conceptuales:
Se elaboraron mapas conceptuales que muestran las relaciones entre los modelos
explicativos (principios, leyes, teorías) los conceptos fundamentales (carga, campo,
potencial) y el campo fenomenológico (experimentos, aplicación o eventos cotidianos). Se
tienen tres categorías que son:
(ME). Modelo Explicativo
(EC). Esquema Conceptual
(CF). Campo fenomenológico
Con ellos, se establecen relaciones de correspondencia para identificar la importancia que
dan los textos a la secuencia del contenido. Las flechas en el mapa muestran la relación de
orden secuencial, si se pasa de un modelo explicativo (ME) a un esquema conceptual (EC)
o campo fenomenológico (CF). o en el orden contrario.
177
6.2.1 Datos Libro 1.
Titulo: física volumen II Editorial: Addison – Wesley
Iberoamericana
Capitulo: Campos y Ondas Versión: Española
Autores: Marcelo Alonso y Edward J.
Finn
Año: 1987
Dirigido A: Escuelas de Ciencias e
Ingenierías
Unidades didácticas
Capitulo 14: Interacción Eléctrica
Tema I. Introducción. Pág.457-
Tema II. Carga eléctrica. 458
Tema III. Ley de Coulomb 460
Tema IV. Campo eléctrico 462
Tema V. Cuantización de la carga 468
Tema VI. Estructura eléctrica de la materia 471
Tema VII. Estructura atómica 473
EVENTOS A. Conocimiento: A1: conocimiento científico. A1.1: corte histórico. A1.2: de física actual. A2.Conocimiento
cotidiano A2.1: aplicaciones industriales. A2.2: vivencias familiares
B. Lenguaje. B1: narrativa descriptiva. B1.1: afirmativa. B1.2: problematizadora. B2: lenguaje simbólico. B2.1:
ilustraciones. B2.2: matemático
178
C. Experiencia. C1: hechos reales. C1.1: demostrativo. C1.1.1: cotidiano. C1.1.1.1 entorno. C1.1.1.2 industrial. C1.1.2:
laboratorio. C1.2: problemático. C2: hechos transformados. C2.1: concretos. C2.2. abstractos
TABLA DE EVENTOS
Categorías Subcategorías Temas
I II III IV V VI VII
A= 12
A1 = 10 A1.1 0 0 0 0 0 0 1
A1.2 0 0 0 2 2 2 3
A2 = 2 A2.1 0 0 0 1 0 0 0
A2.2 1 0 0 0 0 0 0
B = 111
B1 = 66 B1.1 8 8 7 8 9 10 16
B1.2 0 0 0 0 0 0 0
B2 = 45 B2.1 3 1 2 9 1 1 5
B2.2 0 2 3 5 3 4 6
C = 11
C1= 7 C1.1 = 6 C1.1.1 3 0 1 0 1 0 0
C.1.1.2 1 0 0 0 0 0 0
C1.2 = 1 C.1.2.1 0 0 0 0 0 0 1
C.1.2.2 0 0 0 0 0 0 0
C2 = 4 C2.1 1 1 0 1 0 0 0
C2.2 0 0 0 0 1 0 0
Tabla 2: Registro de eventos libro 1
179
Figura 1: Mapa conceptual libro 1
Masa
eléctrica
(EC)
Clases de
electricidad
(CF)
Tipos de carga eléctrica
EC
Principio de
conservación
(ME)
Ley de Coulomb
(ME)
Modelo estándar
de partículas (ME)
Campo eléctrico
(EC)
Intensidad de campo eléctrico
(EC)
Cuantización de la carga eléctrica
(EC)
Experimento de Millikan de carga
(CF)
Líneas de campo (EC)
Estructura eléctrica y
atómica de la materia (ME)
Potencial eléctrico
(EC)
Generadores
eléctricos
(CF)
Partículas dotadas de carga (EC)
Superficies equipotenciales
(EC)
180
6.2.2 Datos Libro 2
Titulo: física II Editorial: Reverté. Barcelona
Capitulo: Campo eléctrico y distribuciones discretas
de carga
Versión: Española
Autores: Paul Tipler y Gene Mosca Año: 2005
Dirigido A: Ciencias e Ingenierías
Unidades didácticas
CAPITULO 21:
TEMA I. 21.1 Carga eléctrica,
TEMA II. 21.2 Conductores y aislantes,
TEMA III. 21.3 Ley de Coulomb,
TEMA IV. 21.4 El campo eléctrico,
TEMA V. 21.5 Líneas de campo eléctrico,
TEMA VI. 21.6 Movimiento de cargas puntuales en campos eléctricos,
TEMA VII. 21.7 Ddipolos eléctricos en campos eléctricos.
181
EVENTOS A. Conocimiento: A1: conocimiento científico. A1.1: corte histórico. A1.2: de física actual.
A2.Conocimiento cotidiano A2.1: aplicaciones industriales. A2.2: vivencias familiares
B. Lenguaje. B1: narrativa descriptiva. B1.1: afirmativa. B1.2: problematizadora. B2: lenguaje simbólico. B2.1:
ilustraciones. B2.2: matemático
C. Experiencia. C1: hechos reales. C1.1: demostrativo. C1.1.1: cotidiano. C1.1.1.1 entorno. C1.1.1.2 industrial.
C1.1.2: laboratorio. C1.2: problemático. C2: hechos transformados. C2.1: concretos. C2.2. abstractos
TABLA DE EVENTOS
Categorí
as
Subcategorías Temas
I II III IV V VI VII
A= 16
A1 = 10 A1.1 0 0 1 0 0 1 0
A1.2 1 1 1 1 1 2 2
A2 = 6 A2.1 0 0 0 0 1 2 2
A2.2 0 0 0 0 0 0 1
B = 100
B1 = 38 B1.1 9 5 3 4 6 5 4
B1.2 0 0 0 1 0 1 0
B2 = 62 B2.1 4 6 6 8 6 3 4
B2.2 1 2 5 9 0 5 3
C = 14
C1= 8 C1.1 = 6 C1.1.1 1 1 1 0 0 0 0
C1.1.2 2 0 0 1 0 0 0
C1.2 = 2 C1.2.1 0 0 1 0 0 0 0
C1.2.2 0 0 0 0 1 0 0
C2 = 6 C2.1 1 2 0 0 3 0 0
C2.2 0 0 0 0 0 0 0
Tabla 3: Registro de eventos libro 2
182
Figura 2: Mapa conceptual libro2
Carga
eléctrica
(EC)
Sistemas discretos de carga
(EC)
Serie triboelectrica
(CF)
Modelo de partículas
(ME)
Modelo atómico de la materia
(ME)
Conservación de la carga
(ME)
Conductores y aislantes
(CF)
El electroscopio
(CF)
Carga por inducción
(CF)
Ley de Coulomb
(ME)
La balanza de torsión
(CF)
Fuerzas eléctricas entre cargas puntuales
(EC)
Campo eléctrico (EC) La carga testigo
qo (EC)
Acción de una partícula sobre otra. El campo como creación de la carga (EC)
Campos eléctricos de la naturaleza (CF)
Dipolos eléctricos
(EC) Momento
bipolar (EC)
Líneas de campo eléctrico
(EC)
Movimiento de cargas eléctricas paralelas y
perpendiculares (EC) Aplicación
industrial (CF)
Estado de polarización
(EC)
Cuantización de la carga (EC)
183
6.2.3 Datos Libro 3
Titulo: Física Universitaria Editorial: Fondo Educativo
Interamericano. USA
Capitulo: Capitulo 24: ley de Coulomb y capitulo 25:
el campo eléctrico; ley de Gauss
Versión: Española
Autores: Francis W. Sears, Mark W. Zemansky y
Hugh D. Young.
Año: 1986
Dirigido A: Ciencias e Ingenierías
Unidades didácticas
Capitulo 24: Ley de Coulomb
Capitulo 25: El campo eléctrico; Ley de gauss
TEMA I. 24.1 Carga eléctrica,
TEMA II. 24.2 Estructura atómica,
TEMA III. 24.3 Conductores y aisladores,
TEMA IV. 24.4 Carga por inducción,
TEMA V. 24.5 Ley de Coulomb,
TEMA VI. 24.6 Interacciones eléctricas,
TEMA VII. 25.1 El campo eléctrico,
TEMA VIII. 25.2 Calculo del campo eléctrico,
TEMA IX. 25.3 Líneas de campo.
184
EVENTOS
A. Conocimiento: A1: conocimiento científico. A1.1: corte histórico. A1.2: de física actual.
A2.Conocimiento cotidiano A2.1: aplicaciones industriales. A2.2: vivencias familiares
B. Lenguaje. B1: narrativa descriptiva. B1.1: afirmativa. B1.2: problematizadora. B2: lenguaje simbólico. B2.1:
ilustraciones. B2.2: matemático
C. Experiencia. C1: hechos reales. C1.1: demostrativo. C1.1.1: cotidiano. C1.1.1.1 entorno. C1.1.1.2 industrial.
C1.1.2: laboratorio. C1.2: problemático. C2: hechos transformados. C2.1: concretos. C2.2. abstractos
TABLA DE EVENTOS
Categorías subcategorías Temas
I II III IV V VI VII VIII IX
A= 17
A1 = 14 A1.1 1 0 0 0 2 0 0 0 1
A1.2 1 1 1 1 2 1 1 1 1
A2 = 3 A2.1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
A2.2 1 0 0 1 0 0 0 0 0
B = 93
B1 = 55 B1.1 5 12 3 6 11 2 8 3 5
B1.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
B2 = 38 B2.1 0 0 1 2 1 0 2 5 2
B2.2 0 1 0 0 8 0 8 8 0
C = 10
C1= 8 C1.1 = 7 C1.1.1 3 0 1 1 1 0 0 0 1
C1.1.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
C1.2 = 1 C1.2.1 0 0 0 0 1 0 0 0 0
C1.2.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
C2 = 2 C2.1 0 0 0 0 0 0 1 0 0
C2.2 0 0 0 0 0 0 1 0 0
Tabla 4: Registro de eventos libro 3
185
Figura 3: Mapa conceptual libro 3
Carga eléctrica
(EC),
Estructura atómica
(ME)
Principio de conservación de
carga (ME)
Núcleo atómico
(EC)
Numero atómico
(EC)
Fuerzas eléctricas,
gravitacionales y
magnéticas
(EC)
Atracción y Repulsión
(CF)
Breve historia (EC)
Eventos cotidianos
(CF)
Pérdida o ganancia de electrones
(EC)
Movimiento de carga (EC)
Conductores y aisladores
(CF)
Carga por
inducción
(CF)
Ley de Coulomb
(ME) Balanza de
torsión (CF)
Constante eléctrica K
(EC)
Interacciones eléctricas
(EC) Gases (EC)
Campo eléctrico
(EC)
Modelo
Matemático del
campo
Intensidad de campo
eléctrico
(EC)
Distribuciones de carga en conductores diferentes
(EC)
Líneas imaginarias
de campo
(EC)
Ley de Gauss (ME)
Esferas conductoras
(EC)
186
6.3 Explicaciones de los Estudiantes
6.3.1 Pregunta 1
La primera pregunta indaga que tanto reconocen los estudiantes que la calidad de la
electrificación depende de los materiales mismos y no de la frotación. Los trabajos de W.
Gilbert fueron fundamentales en este sentido. La pregunta se formuló así:
Pregunta 1
Usualmente se dice que una barra de vidrio o ámbar al ser frotada con algún material
como paño o piel, adquiere la propiedad de atraer pequeños objetos (por ejemplo
papelitos). Está usted de acuerdo en que es posible, mediante frotación, aumentar la
fuerza de atracción del vidrio o del ámbar?
Si ____No____ En caso afirmativo explique cómo. En caso negativo explique por qué.
Respuesta a la pregunta 1
Las respuestas de los estudiantes fueron de la siguiente manera:
- El 75% de los estudiantes encuestados considera que SI: 12 estudiantes
- el 25% de los estudiantes encuestados consdera que NO: 4 estudiantes
187
0
2
4
6
8
10
12
SI NO
alumnos Aalumnos B
Grafica 1: Barra estadística pregunta 1
6.3.2 Pregunta 2
La segunda pregunta precisa el modelo que tienen los estudiantes para explicar la
conservación de la carga. Para Faraday y Maxwell la electrificación es un estado adquirido
por el medio y la conservación de la carga responde a una reorganización misma del medio
electrificado. La pregunta es la siguiente:
Pregunta 2
Se tienen dos electroscopios que evidencian electrificación, uno positiva y la otra
negativa. Al ponerlos en contacto a través de un alambre se observa que la evidencia de
electrificación en los dos electroscopios desaparece. Cómo podría explicar este hecho?
Respuesta a la pregunta 2
Las formas de explicación que proporcionan los estudiantes se basan en argumentos que se
han concretado en las posturas:
2a) Las fuerzas se equilibran y se neutralizan por sus efectos: 7 estudiantes
188
2b) Las cargas se conducen al medio y se pierden sus efectos: 7 estudiantes
2c) Una respuesta en blanco y otra sin sentido lógico.
0 2 4 6 8
fuerzas en equilibrio
conduccion de cargas
neutralizacion deefectosal medio
distribucion
entre electroscopios
Grafica 2: Barra estadística pregunta 2
6.3.3 Pregunta 3
La tercera pregunta indaga por el comportamiento de la electricidad en los llamados
materiales dieléctricos. Los trabajos de Stephen Gray permitieron comprender que la
electricidad es una “virtud” que se comunica a regiones del mismo medio e incluso a
regiones vecinas de materiales diferentes, estudio cercano a la visión de campos y del que
seguramente Faraday se apoyo. La pregunta es esta
Pregunta 3
Al frotar una parte de una barra de vidrio con piel se observa que ésta se electrifica y
atrae por ejemplo papelitos. Considera usted que la parte no frotada podría adquirir
también la virtud de atraer? Si___No____ explique por que.
189
Respuesta a la pregunta 3
a) El 50% de los estudiantes considera que SI: 8 estudiantes
b) El 50% de los estudiantes considera que NO: 8 estudiantes
012345678
SI NO
alumnos a)alumnos b)
Grafica 3: Barra estadística pregunta 3
6.3.4 Pregunta 4
La cuarta pregunta parte de una experiencia realizada por Faraday y que le llevó a
identificar que la acción inductiva no depende de la distancia como suelen afirmar algunos
textos. Se quiere identificar si el fenómeno en cuestión es o no una acción inductiva. La
pregunta es la siguiente
190
Pregunta 4
“Una esfera electrificada de latón es sostenida por un hilo de seda y se introduce en un
recipiente metálico y aislado que esta conectado con un electroscopio exterior. A
medida que se hace descender la esfera C la divergencia del electroscopio aumentará
hasta cierto punto, luego la divergencia permanecerá casi estacionaria y sin modificarse
para cualquier descenso de C de ahí en adelante, aun sin tocar el recipiente” está usted
de acuerdo en que la experiencia es:
a) ¿De inducción eléctrica?_______
b) ¿De conducción eléctrica?______
c) Otra. ¿Cual?_________________
Respuesta a la pregunta 4
a) El 56% considera que la respuesta es la: 9 estudiantes
b) El 25% considera que la respuesta es la : 4 estudiantes
c) El 19% estudiantes no contestaron la pregunta: 3 estudiantes
d) Ningún estudiante considero otra respuesta ¿cuál?
191
0123456789
induccion conduccion no contestan
alumnos a)alumnos b)alumnos c)alumnos d)
Grafica 4: Barra estadística pregunta 4
6.3.5 Pregunta 5
La quinta pregunta de este cuestionario busca identificar si el estudiante reconoce alguna
forma experimental de cuantificar la carga eléctrica, ya que la ley de Coulomb y los
conceptos de campo y potencial eléctrico se construyen sobre la base de la cuantificación
de la carga. Maxwell y Millikan, entre otros, diseñaron métodos experimentales para
cuantificar la llamada “carga eléctrica”. La pregunta se formuló así:
Pregunta 5
Reconoce alguna forma experimental de cuantificar la carga eléctrica? Si____no____
En caso afirmativo explique cual. En caso negativo explique por qué.
Respuesta a la pregunta 5
a) No reconoce, o no recuerda: 10 estudiantes
192
b) Referencia a aparatos: 5 estudiantes
c) No contesta: 1 estudiante
0123456789
10
SI NO
alumnos a)alumnos b)alumnos c)
Grafica 5: barra estadística pregunta 5
193
7. ANALISIS DE DATOS Y RESULTADOS
En este apartado se presenta el análisis de los datos recogidos, mostrando los aspectos
relevantes de la manera como se obtuvieron y sus implicaciones en el problema abordado.
Se relacionan los resultados obtenidos en el análisis de los episodios históricos, de los
libros y las explicaciones de los estudiantes.
7.1 De los Episodios Históricos
* Un primer problema que se comparte con Gilbert es el comportamiento de los cuerpos
debido a la frotación. Al empezar una organización del fenómeno eléctrico dentro de una
perspectiva de campos, se parte de la experiencia más cercana que es la de frotar dos
cuerpos entre sí. En la presentación usual de los textos se suele afirmar que el efecto de
atracción debido a la frotación es de carácter eléctrico, pero esta afirmación no es obvia;
diferenciar entre comportamientos eléctrico y otros fenómenos atractivos como los
gravitacionales o magnéticos requirió, desde el punto de vista histórico, establecer
experimentalmente el comportamiento de los materiales. Pensar en esto permite plantear
una serie de experiencias en torno al comportamiento de los distintos materiales al ser
frotados. Consideramos como importante en esta actividad que el efecto depende más de
las sustancias que se frotan que del acto mismo de frotar. Por ejemplo, ebonita frotada con
seda presenta un efecto de atracción diferente, sobre una fina hebra de hilo suspendida, que
la que presenta la ebonita frotada con un trozo de cobre. Si bien Gilbert se ocupó de
comentar únicamente que el efecto observado depende del material frotado, es importante
tanto el cuerpo frotado como el cuerpo con el que se frota, ya que la ebonita no evidencia el
mismo poder de atracción si es frotada con cobre como si lo es con seda. En las
experiencias propuestas por frotación es posible establecer un comportamiento distinto de
todas las sustancias ante el fenómeno eléctrico; por lo tanto el poder de atracción depende
más del material de los cuerpos que son frotados que de la frotación misma.
194
En la propuesta se hace una clasificación de los cuerpos frotados, con el fin de obtener los
mejores efectos de atracción posibles, porque con ello se pueden llevar a cabo otras
experiencias que permiten estudiar el comportamiento de la virtud eléctrica en los cuerpos
frotados y abordar la comunicación de la electrificación como problemática fundamental
* Otro aspecto que surge como relevante está en preguntarse ¿Qué ocurre con la
electrificación después del frotamiento? Gilbert asumía que la electrificación era una
atmósfera que enredaba los cuerpos atrayéndolos, aunque no logró explicar por qué
desaparecía. Sin embargo la pregunta genera varias posibilidades, que incluso fueron
consideradas históricamente; una es que se evapore como si fuera sustancia material que se
transforma, otra es que regrese al cuerpo de donde salió y una tercera es que se distribuya,
siendo la tercera significativa en el problema de la comunicación y es recogida como
problema abordado por Stephen Gray en sus experiencias sobre electricidad.
En la organización y ampliación de la experiencia sobre el fenómeno eléctrico resulta
relevante intervenir en la observación de los comportamientos. El estudio y construcción de
detectores sensibles permite involucrar a la persona en la actividad.
Resulta importante contrastar la forma como Gilbert introduce los fenómenos
electrostáticos y la presentación que hacen los textos analizados. En el primero se pone de
relieve que la intencionalidad es hacer una presentación de los avances de la exploración
del fenómeno eléctrico, estudiar el comportamiento de los materiales y las fuerzas de
interacción entre ellos, diferenciar mediante una experimentación abundante los fenómenos
eléctricos de otros fenómenos similares y ampliar la experiencia. La intencionalidad de los
textos es hacer una exposición de elementos teóricos. No se considera el comportamiento
eléctrico de los materiales como un aspecto a ser analizado: no solo no es contemplado,
sino que la forma de presentación del tema hace que ésta no sea pertinente y menos aún
relevante.
195
Como la intención de la propuesta didáctica que aquí se establece es proveer condiciones
para que sea posible iniciar el proceso de organización del fenómeno eléctrico a partir de la
experiencia organizada y de su ampliación y reconociendo que la experiencia más cercana a
la electricidad estática es el poder de atracción que adquieren al ser frotados, ello ha
permitido encontrar, en el comportamiento de los materiales y en el trabajo de Gilbert, un
primer núcleo en torno al cual articular la propuesta. Aunque es importante anotar, en este
momento, que de las innumerables experiencias y problemáticas trabajadas por Gilbert son
relevantes aquellas que, según nuestro análisis, contribuyen a una organización del
fenómeno eléctrico en la perspectiva de campos.
*Usualmente los aparatos utilizados para producir electricidad no son considerados en si
mismos como objetos de estudio. La botella de Leyden suele ser descrita como el primer
condensador de la historia y no más y las maquinas electrostáticas ni se mencionan, el
generador Van de Graff suele ser utilizado para reproducir experimentos y algunas veces es
descrito a partir del movimiento de cargas eléctricas. El generador Van de Graff y otros son
utilizados para producir electrificación estática pero se descuida el principio que los orienta.
*Al encontrar, en el análisis histórico de la obra de Gray, una problemática relacionada con
el hecho que la electrificación sea una cualidad que se comunica, ha permitido organizar
una serie de experiencias en las que se hace importante evidenciar tal comunicación,
asumiendo por comunicación la característica que permite que otras regiones vecinas a la
región frotada también evidencien electrificación. Algunas de ellas buscan problematizar la
evidencia de electrificación en distintas regiones en un mismo material y otras en diferentes
materiales y así poder hacer una cierta organización en la que se construyan explicaciones
donde los llamados cuerpos conductores y aislantes son organizados de manera natural.
Es importante resaltar que en la presentación que tradicionalmente se hace en los libros de
texto este tipo de organización no es tenido en cuenta, en ellos se asume la existencia de
cuerpos conductores y cuerpos aislantes per se.
196
La organización hecha genera otras experiencias en las que se tienen varios materiales en
contacto, entre ellas se destaca el tener aire y metal y preguntar alrededor de la
comunicación que se presenta. Si bien Gray realizó esta experiencia, la intención no es la
misma, pues él encontró una manera de comunicar la electrificación, diferente al contacto
con el cuerpo electrificado y nosotros encontramos que la forma como se presenta la
comunicación de la electrificación es distinta si acerco el cuerpo frotado lo suficiente o toco
con él el metal, que si lo alejamos a una cierta distancia. La forma como se presenta la
comunicación es diferente dependiendo de los materiales en contacto y de la posición
relativa entre ellos. Caracterizamos la “electrificación por influencia” cuando al alejar lo
suficiente la región frotada se pierde la evidencia de la electrificación en las demás regiones
del medio que se encontraban en la vecindad, en este caso el metal; y por “conducción”
cuando habiendo retirado lo suficiente el cuerpo frotado se sigue evidenciando
electrificación en el metal. Con esto se difiere de Gray en cuanto que la conducción no es
asumida como un fluido, sino como una característica que se refiere al modo de estar de los
cuerpos. En la visión de Gray la conducción es más bien el flujo de la virtud eléctrica a
través de los materiales conductores, desde el cuerpo frotado hasta distancias considerables.
En la propuesta de construcción presentada se ha organizado una idea de conducción en una
perspectiva similar a la presentada por Maxwell. La diferencia es que mientras Maxwell
parte de dicha organización para referirse al fenómeno eléctrico, en la propuesta construida
se llega de una manera natural a diferenciar los materiales conductores y los aislantes.
* Los aportes de Gray y Maxwell en torno a las formas de comunicación de la
electrificación por conducción y por inducción, permiten que la propuesta se pueda
enriquecer en la exploración de ellas mediante preguntas y experiencias que aportan
elementos de organización en una perspectiva de campos.
Un aspecto que resulta significativo del análisis crítico del trabajo de Dufay es la manera
como organiza las experiencias que lo llevan posteriormente a proponer los dos tipos
distintos de electricidad, la vítrea y la resinosa. Si bien considera la electricidad como dos
197
fluidos, es interesante la forma como argumenta los efectos de atracción y repulsión
debidos a los dos tipos de electricidad.
Se encuentran en las presentaciones de Dufay y Maxwell preocupaciones diferentes en
torno al carácter dual de la electricidad. Dufay construye y organiza experiencias que le
permitan llegar a proponer que la electricidad tiene comportamientos diferentes. Maxwell
asume la existencia de los dos tipos de electricidad y solamente los evidencia. Es claro que
para la propuesta lo más importante es llenar de significado la experiencia misma y en este
sentido es más consistente la propuesta de Dufay, aunque ello no implica que los aportes de
Maxwell no sean tenidos en cuenta más adelante cuando propone la cuantificación de la
carga.
*El considerar que los efectos de atracción o repulsión solamente se pueden observar en
cuerpos electrificados, permite analizar el papel que juega el detector en las experiencias de
frotación. En la ruta se considera, inicialmente, al detector como un elemento auxiliar,
mediante el cual es posible registrar efectos observables de objetos electrificados, por eso la
única condición del detector es que sea liviano y sensible. Sin embargo a medida que se
elabora la propuesta didáctica que presentamos más adelante, la idea del detector se
modifica de tal manera que éste deja de ser un elemento y pasa a convertirse en una región
más del medio electrificado. Maxwell no hace un estudio del detector que utiliza en sus
experiencias porque no es un problema a desarrollar, simplemente lo considera como un par
de hojas de oro, bastante sensibles y cuyo efecto observable entre ellas es repulsión. Sin
embargo para la propuesta didáctica resulta significativo explorar el comportamiento de los
materiales para poder diseñar y construir detectores que sea además de sensibles y livianos,
que permita observar efectos de atracción (ya que la atracción es el efecto fundamental con
el que se empieza la organización del fenómeno eléctrico). En este sentido se propone
utilizar desde un hilo conductor, que este suspendido de un soporte y cuyo movimiento sea
posible en todas las direcciones, hasta los propios electrómetros, todos ellos con pleno
significado.
198
Otro aspecto que resulta importante es como Maxwell construye de manera
fenomenológica la cuantificación de la electrificación o carga eléctrica. Los libros de texto
usualmente introducen el concepto de carga como una definición operatoria en la que no
hay posibilidad de comprensión de la electrificación como una magnitud cuantificable. Se
hace posible ahora, llegar de forma natural a una cuantificación de la electrificación. A
partir de la indagación de las formas de comunicación; inducción y conducción, surge como
problemática la igualdad de los estados de electrificación, lo que lleva a un esquema de
organización donde se considera la conservación de la electrificación del medio como un
equilibrio del medio y la cuantificación como una suma de estados de electrificación.
7.2 De la Estructura Retórica de los Libros de Texto
Análisis de eventos libro 1
El libro se caracteriza por utilizar una retórica principalmente de una narrativa expositiva
(111 eventos) respecto al conocimiento (12) y la experiencia (11) lo que muestra el
desequilibrio en la presentación de los eventos.
El recurso de la historia del conocimiento científico es completamente desapercibido (1) lo
que muestra la poca importancia de este tema para los autores.
La importancia del conocimiento científico actual (10) es más relevante que el
conocimiento cotidiano (2) lo que muestra la poca importancia que tiene para el texto la
referencia a situaciones cotidianas o de aplicación industrial del contenido. Básicamente se
prioriza el conocimiento de física atómica, mecánica cuántica y el modelo estándar de
partículas.
Con relación al uso de situaciones problemáticas se aprecia que no hay ninguna (0) lo que
199
de entrada muestra el carácter aproblemático de la presentación del tema y por lo tanto
presentar la ciencia de forma apodíctica, pues los conceptos se definen y las explicaciones
(66) se hacen como afirmaciones, interpretaciones o analogías.
Los eventos relacionados con experimentos o experiencias son muy escasos (7) y la
mayoría de ellos son demostraciones de laboratorio (6) por lo cual no se aprecian
experiencias nuevas o novedosas en el contexto de la presentación. Es de anotar que al
inicio del tema se observa mayor intención de experimentos (3), pero a medida que se
avanza en el tema los mismos se van agotando hasta llegar prácticamente a presentar los
nuevos conceptos al margen de un sentido experimental (0).
Se destaca la presentación simbólica que tiene el capitulo en términos de ilustraciones y
representaciones matemáticas (45) lo que hace que su discurso sea fundamentalmente
esquemático, además (23) de los eventos son solamente formas matemáticas.
De acuerdo con lo anterior podemos concluir que el texto corresponde a un modelo de
ciencia dogmática apodíctica, con un modelo didáctico transmisivo y los fenómenos que
narra son hechos demostrativos de laboratorio, sin perspectiva histórica y con un carácter
de verdad en la presentación del conocimiento actual.
Macroestructura
El texto se hace énfasis en la presentación del electromagnetismo a partir de la resolución
de problemas. Considera la física como una ciencia cuantitativa, por lo tanto se apoya en
ejemplo matemáticos, ejercicios y problemas para que el estudiante desarrolle habilidades
en su manejo. Es un texto expositivo que presenta la física en lenguaje matemático con
poco énfasis en el especto experimental y contextual.
El texto esta diseñado para un curso de tres semestres de introducción al electromagnetismo
200
y ondas. En principio, dice el autor, se trata de familiarizar al estudiante con un “puñado”
de leyes y principios.
En el mapa conceptual se encuentra la importancia que se da a modelos explicativos
utilizados en la física: el modelo estándar de partículas, la física atómica, la mecánica
cuántica y campos como representación geométrica. Es un texto dogmático, apodíctico que
basa la enseñanza en la transmisión de las verdades de la física con escasa conexión con la
vida cotidiana. La presentación que hace de la electrostática es muy general y en unas
cuantas paginas.
Microestructura
La presentación del tema en forma secuencial, como lo hemos visto en el índice del
capitulo, indica que la referencia a la carga eléctrica se da de la siguiente manera:
Primero. El capitulo empieza por mostrar que existen dos clases de estados de
electrificación, el positivo y el negativo. Para ello se considera un experimento típico de
objetos frotados y acercados entre si. “Estos experimentos simples indican que, aunque
ambas varillas electrizadas, la del vidrio y la del ámbar, atraen a la bola de corcho, lo
hacen debido a procesos opuestos. Cuando ambas varillas actúan simultáneamente, sus
acciones se contrarrestan produciendo un efecto nulo. Concluimos entonces que hay dos
clases de electrificación” Sin mas experiencia ni ejemplificación alguna, se concluye
directamente la existencia de las clases de estados de electrificación. No se hace referencia
alguna a la triboelectricidad.
Segundo. Sin recurrir a experiencia alguna a continuación se afirma la existencia de dos
clases de carga eléctrica Solamente se considera una vaga analogía con la interacción
gravitacional en la que, así como se le asignó masa a un cuerpo, asimismo a los cuerpos se
les asigna carga, “del mismo modo que caracterizamos la intensidad de la interacción
201
gravitacional asignando a cada cuerpo una masa gravitacional, caracterizamos el estado
de electrización de un cuerpo definiendo una masa eléctrica, representado por el símbolo
q. Así como hay dos clases de electrización, hay también dos clases de carga eléctrica:
positiva y negativa”
Tercero, a partir de la información anterior y sin recurrir a experiencia o explicación alguna
se define directamente el principio de conservación de la carga “en cualquier proceso que
ocurra en un sistema aislado, la carga total o neta no cambia”, también se hace de forma
operatoria como un cociente entre dos cantidades q/q´ = F/F´
Cuarto, se define la ley de Coulomb recordando la experiencia de Cavendish y utilizándola
de forma comparativa, acompañada de una serie de ejemplos de análisis matemático “la
interacción electrostática entre dos partículas cargadas es proporcional a sus cargas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas y su dirección es según
la recta que los une. Es de anotar que esta definición, así como el concepto de carga
eléctrica, esta expresada de acuerdo con el modelo de partículas propio del sistema
newtoniano. Se hace relevante la expresión matemática que la representa así como los
ejemplos y ejercicios para su aplicación y solución, por lo menos en buena parte del
capitulo.
Quinto, tal y como se hace con la ley de Coulomb, ahora se define el campo eléctrico, sin
experiencia asociada al mismo “Cualquier región del espacio en donde una carga eléctrica
experimenta una fuerza se llama un campo eléctrico”. Esta definición sugiere que el campo
es una región del espacio, por lo cual los dos conceptos son diferentes, una cosa es el
espacio y otra el campo. Se aprecia el carácter ontológico del espacio, propio del sistema
newtoniano. Se diferencia campo eléctrico de intensidad de un campo eléctrico,
asignándole al segundo una función operacional, “la intensidad de campo eléctrico en un
punto es igual a la fuerza por unidad de carga colocada en ese punto”. Al igual que la ley
de Coulomb, la intensidad del campo es expresada operativamente y acompañados de una
202
serie de ejercicios de afianzamiento de la forma matemática que lo representa. Se infiere de
esta definición y de la forma de presentar el concepto, que el campo es ontológicamente
pasivo, ya que quien ejerce la acción es la carga, a la cual se le asocia un campo; la fuerza
eléctrica la hace la carga que esta en las partículas, que son las que actúan.
Sexto. Continuando con la secuencia, pero de forma atropellada, el texto introduce la
noción de cuantización de la carga eléctrica, más para dar cuenta de su carácter discreto, “la
carga eléctrica aparece no en cualquier cantidad, sino en múltiplos de una unidad
fundamental o cuanto” anteriormente el mismo texto decía que la carga eléctrica estaba
expresada en términos de “q” y que la unidad de carga era el Coulomb. Ahora afirma que la
unidad fundamental es el cuanto, si bien no define ni caracteriza el cuanto, ni le asocia
valor alguno. Es claro que se recurre a la mecánica cuántica para expresar la carga en
términos de múltiplos, pero no se hace ninguna elaboración al respecto. Se hace una
explicación del experimento de Millikan de la gota de aceite para concluir que “e” tiene un
valor numérico que representa la carga elemental “la cantidad e se llama carga elemental.
Todas las cargas que se observan en la naturaleza son iguales a, o múltiplos de, la carga
elemental e” Posteriormente se afirma que se han identificado varias partículas
fundamentales, electrón, protón y neutrón, dotadas de masa y carga eléctrica, siendo el
neutrón la única partícula cuya carga eléctrica es cero, pero “sin embargo tiene otras
propiedades eléctricas que serán discutidas en el capitulo 15”
Séptimo. Para reafirmar el modelo de partícula propuesto hasta el momento para la
electrostática, el libro define ahora la estructura eléctrica de la materia, y lo hace afirmando
que “muchos experimentos de laboratorio señalan el hecho de que los constituyentes
básicos de todos los átomos son partículas cargadas” y a partir de situaciones y reacciones
químicas como la electrólisis y la termoiónica se concluye que “los procesos químicos (y
en general el comportamiento de la materia en su totalidad) se debe a las interacciones
eléctricas entre átomos y moléculas”. Es claro para el texto que la noción de campo no
tiene incidencia en la estructura de la eléctrica de la materia. Para demostrar con mayor
203
precisión el carácter discreto de la materia, el texto define ahora la estructura atómica,
donde se pone todo el argumento de la física atómica para dar cuenta de la estructura de la
materia, “los átomos deben contener cantidades iguales de electricidad positiva y negativa
o, en otras palabras, igual numero de protones y de electrones”, se hace referencia a iones,
plasma, partículas alfa, distribución eléctrica, dispersión, energía cuantizada, momentum
cuantizado, así como sus respectivos formalismo matemáticos y ejercicios. El rigor de la
presentación del modelo atómico se aleja notablemente de la caracterización que hasta el
momento se ha hecho de la electrificación.
Octavo. El capitulo termina con la caracterización del potencial eléctrico asociado a la
energía potencial, la energía asociada a un campo eléctrico (en un generador Van de Graff)
y la corriente eléctrica, donde prácticamente ya no tiene cabida la electricidad estática.
Análisis de eventos libro 2
De acuerdo con los resultados de la tabla, podemos hacer algunas consideraciones en
cuanto a la retórica expresada en el texto, que van de lo general a lo particular y luego
terminar con la red sistémica que lo caracteriza. La fuerza del discurso en el texto está en el
lenguaje expositivo (100 eventos), respecto al conocimiento asociado (16) y menos aún la
experiencia presentada (14), con una diferencia bastante amplia. Si miramos en detalle,
encontramos que la retórica del texto es predominantemente dogmática, caracterizada por
un lenguaje simbólico (62), típico de afirmaciones, explicaciones y definiciones,
acompañadas de un lenguaje matemático (38). Se encuentra en el capitulo un
acompañamiento bastante amplio de ilustraciones (62) con fotos, figuras y tablas lo cual
permite dimensionar la información recibida, tal como los autores lo consideraban en el
prefacio del libro. Las fotos suelen recrear situaciones cotidianas que familiarizan al
estudiante con el tema; sin embargo no deja de ser muy pequeña esta recreación (6) en
proporción con la información suministrada.
204
De otra parte podemos considerar el contraste entre la información que brinda el libro y los
referentes que utiliza, por ejemplo, la característica del conocimiento es mayoritariamente
de física actual (9) y es escasa la presencia de los modelos anteriores (2) que, valga la pena
decirlo, son los que han permitido la organización actual de los fenómenos eléctricos. En
este sentido el uso de la historia de las ciencias no es tenido en cuenta de forma sistemática
en la presentación del capitulo.
Finalmente cabe destacar lo precario del papel del experimento y de la experiencia
cotidiana en la organización de la electrostática (3) y más preocupante resulta ser la escasa
consideración de situaciones problemáticas (2) que se registran. Con todo ello podemos
afirmar que los pocos experimentos considerados pertenecen a hechos reales demostrativos
y de aplicación industrial.
La desproporción de la retórica expresada en el capitulo del texto, cargada principalmente
hacia el lenguaje expositivo y dogmático, un conocimiento científico que promueve una
visión de ciencia magistral y la poca experiencia registrada son los aspectos que
caracterizan el libro estudiado.
La perspectiva histórica presente en el capítulo es básicamente biográfica y descriptiva de
algunos de los experimentos realizados por científicos, con la intención de reforzar el
discurso del modelo expositivo puesto en consideración
Cabe anotar que la secuencia y presentación del capítulo del libro coincide con la intención
del autor, expresada en la tabla del encabezado, por lo tanto no se aparta de un estilo que
busca que los estudiantes “desarrollen la capacidad de resolver problemas” más que
comprender los fenómenos que estudia.
205
Macroestructura
La física de Tipler Y Mosca es más amplia que el libro anterior en la presentación de la
electrostática. Si bien consideran los autores que el libro está dirigido para estudiantes de
ciencias e ingeniería, se encuentra mayor referencia a eventos cotidianos y campo
fenomenológico. Parte de la electrostática como cargas en reposo, luego conductores y
aislantes, y la forma como un conductor puede adquirir carga desde el modelo de
transferencia de electrones. Luego pasa directamente a la ley de Coulomb e introduce el
concepto de campo eléctrico y líneas de campo. Finalmente aborda el comportamiento de
cargas puntuales y los dipolos en campos eléctricos. Sin embargo la intención de los
autores es apropiar el lenguaje matemático de la física.
Llama la atención las variaciones que tiene la presentación respecto a ediciones anteriores,
introduce aspectos como: “inténtelo usted mismo” “póngalo en su contexto” “nueva
pedagogía” con lo que se pretende hacer más ameno y amable la lectura. Aumenta el
número de imágenes y fotografías, aplicaciones y ejemplos.
De acuerdo con el mapa conceptual se encuentra mayor referencia al campo
fenomenológico, a través de experimentos demostrativos y aplicaciones en la industria,
pero sigue el esquema expositivo y dogmático en la mayor parte de su presentación.
Microestructura
De acuerdo con el índice identificamos los siguientes aspectos fundamentales en la
presentación del capítulo, a saber:
Primero. La pregunta de introducción al capitulo que hace referencia a ¿cuál es la carga
total de los electrones de una moneda? da a entender que el modelo expositivo es sobre
sistemas discretos de carga. Se inicia el capitulo con un experimento de laboratorio sobre
206
frotación entre barras de plástico y de vidrio, para mostrar la existencia de atracción y
repulsión eléctrica; sin embargo no hace mención sobre el material con que se frotan los
cuerpos considerados.
Segundo. Luego, se recurre a experiencias de B. Franklin para clasificar los materiales y
justificar la serie triboeléctrica “los que se cargan como el vidrio frotada con un paño de
seda y los que se cargan como el plástico, frotado con un trozo de piel” además poner en
evidencia que los materiales adquieren carga eléctrica y que “los objetos que portan el
mismo tipo de carga se repelen entre si, mientras que los que portan cargas opuestas se
atraen mutuamente”. Aquí se da una primera explicación que parte de un modelo
newtoniano de partículas “cuando un vidrio se frota con un trozo de seda, se transfieren
electrones del vidrio al pedazo de seda” y cuya información suele ser recurrente entre los
estudiantes.
Tercero. De acuerdo con el modelo atómico de la materia se afirma la existencia de
electrones, protones y neutrones y la condición eléctrica de los mismos, para justificar la
unidad fundamental de carga “e” asociada a dichas partículas y así, introducir entonces la
idea de que la carga está cuantizada en un factor “Ne” siendo N un número entero.
Cuarto. A partir de la frotación de los objetos se establece la afirmación de que “uno de
ellos queda con un número en exceso de electrones y se carga negativamente y el otro con
un déficit de electrones y su carga es positiva”. Posteriormente y sin ninguna experiencia o
comentario adicional se afirma que “la ´carga suma´ de los dos objetos no cambia”
conocida como una ley fundamental de la naturaleza, ley de conservación de la carga. Se
define la unidad de carga y se registra el valor de la unidad fundamental de carga “e”
Quinto. Se define directamente conductores y aislantes sin experiencia alguna que haga
referencia a los mismos y básicamente a partir del movimiento de electrones “en los
metales pueden moverse libremente, estos materiales se denominan conductores, y en la
207
madera o el vidrio no pueden moverse libremente, estos materiales se denominan
aislantes” posteriormente se da una explicación del comportamiento de los electrones en
los átomos en los metales desde la física atómica. Finalmente se presenta el
comportamiento del electroscopio y la carga por inducción.
Sexto. Para explicar la inducción eléctrica, el texto parte de un experimento de dos esferas
metálicas y una barra cargada; hay un dibujo que muestra como las cargas eléctricas se
distribuyen en las esferas por la proximidad de la barra cargada (movimiento de electrones),
obteniéndose carga positiva o negativa según sea el caso, “si la barra se retira y las esferas
se separan, éstas quedan uniformemente cargadas con cargas iguales y opuestas”. La
alusión que se hace al comportamiento de la Tierra como conductor y a la inducción por
conexión a Tierra se hace con el mismo experimento de las esferas, pero ahora se coloca
una de ellas en contacto a Tierra y se “observa” que “al quitar la barra, la esfera queda
cargada negativa y uniformemente”. La presentación es desde el modelo de partículas
cargadas, particularmente los electrones. No se reconocen otro tipo de experiencias sobre la
inducción eléctrica.
Séptimo. Luego se introduce la ley de Coulomb a partir de una referencia histórica de
Charles A Coulomb (1736-1806) utilizando una balanza de torsión, sin mencionar como
funciona la balanza o que fue lo que el propio Coulomb hizo con su balanza, solamente
menciona que “utilizó el fenómeno de inducción” lo que no deja de ser contradictorio ya
que es precisamente la inducción eléctrica la que no tiene explicación desde el modelo
newtoniano. También se afirma que “las cargas podían considerarse como puntuales” para
producir esferas igualmente cargadas, es decir cargas cuantitativamente idénticas y que
obtuvo, finalmente, lo que se traduce ahora como la ley de Coulomb. Se escribe la
definición de la ley tanto en forma descriptiva como matemática (utilizando vectores). Se
hace una semejanza entre la ley de Coulomb y la ley de Newton de la gravedad para
mostrar que “ambas dependen de la inversa del cuadrado de la distancia” con la diferencia
que la segunda es solamente atractiva. En adelante el texto presenta una serie de ejemplos
208
para hacer cálculos de fuerza eléctrica, ya sea en un átomo “hidrogeno” o en un sistema de
cargas, todas ellas utilizando vectores.
Octavo. Es interesante mostrar como, a pesar de la presentación expositiva y afirmativa que
hasta el momento se ha hecho en el texto de la electrostática, ahora los autores introducen
el campo eléctrico a partir de un problema ¿“Cuál es el mecanismo según el cual una
partícula puede ejercer una fuerza sobre otra a través del espacio vacío que existe entre
las partículas?” Si bien la pregunta es compleja, más aún porque se considera en
condiciones de vacío, sí sugiere una necesaria presencia del espacio entre ellas, esto es, el
campo. Pero lo hacen para eliminar el problema de la visión newtoniana del sistema de
partículas y de la “acción a distancia”. El campo ahora, es una creación de la carga y
resulta ser activo, pues “una carga crea un campo eléctrico E en todo el espacio y este
campo ejerce una fuerza sobre la otra carga”. Sin embargo, esta afirmación resulta
incomoda para los autores, ya que a lo largo del capítulo han insistido sobre la fuerza
eléctrica de las partículas cargadas. Para superar este “obstáculo” se afirma ahora que “la
fuerza es así ejercida por el campo E existente en la posición de la segunda carga, más que
por la propia primera carga que se encuentra a cierta distancia” lo que les permite
“salvar” la primera carga, pero la contradicción en el texto entre acción contigua de campo
y acción (fuerza eléctrica) a distancia de partículas cargadas se mantiene. Seguidamente se
hace una afirmación que para un lector atento no deja de ser desconcertante “los cambios
del campo se propagan a través del espacio con la velocidad de la luz, c.”. Esto sugiere un
campo activo tal como lo estableció Faraday, pero no aclara nada su relación con respecto a
la velocidad de la luz c. En lo que sigue de la presentación se introduce ahora la llamada
carga testigo (qº) y se hace una presentación operativa, donde ahora “el campo eléctrico E
en un punto se define por esta fuerza dividida por qº”
Noveno. Ya definido el campo de forma operatoria, ahora se presentan las unidades de
medida y una tabla que muestra “algunos campos eléctricos de la naturaleza” información
descontextualizada y al margen de la problemática presentada anteriormente. Los ejercicios
209
que se presentan en adelante son para hacer cálculos de campos eléctricos o fuerzas
eléctricas o cargas eléctricas en situaciones diferentes, conservando el sistema vectorial y
aumentando el nivel de complejidad matemática.
Décimo. Se define el dipolo eléctrico y se presenta la formula matemática del momento
bipolar eléctrico. Luego se presenta matemáticamente el campo eléctrico en función del
momento bipolar. Pero se afirma ahora que el campo eléctrico E decrece en función del
inverso del cubo para un dipolo, pero se reafirma el texto en que “el decrecimiento con el
inverso del cuadrado es para grandes distancias”. Lo preocupante es que en los pasajes
anteriores se había mencionado que el inverso del cuadrado había sido establecido con un
experimento entre cargas muy próximas (balanza de torsión) y su validez tenia la
legitimidad de ser ley de la naturaleza. Ahora las excepciones resultan confusas, porque no
muestra los límites de lo que se quiere decir con “grandes distancias”.
Décimo primero. Atención especial dedican los autores a la presentación de las líneas de
campo eléctrico, las cuales son representaciones del campo, por cual “un campo puede
representarse dibujando líneas que indiquen su dirección”. Como que es una
representación, entonces el problema se reduce a dibujar líneas de fuerza y expresar
matemáticamente el número de entradas y salidas de las cargas puntuales, tanto para una o
más cargas, de signos iguales o contrarios, cerca o lejos, en dipolos…con fotos y dibujos se
ejemplifica la presencia de líneas de fuerza. Se presentan las “reglas para dibujar líneas de
campo eléctrico” y se procede a considerar situaciones diversas para hacer cálculos de
líneas de campo. Posteriormente y como si los autores identificaran un cabo suelto afirman
que “la relación establecida entre la intensidad del campo eléctrico y las líneas de campo
eléctrico es válida” sin hacer alguna otra consideración que permita comprender la
dimensión de tal afirmación. Se recurre nuevamente a una analogía con el campo
gravitacional para dar cuenta del decrecimiento con el inverso del cuadrado. No se
menciona la importancia de las líneas para la comprensión del electromagnetismo desde la
visión de campos. Tampoco se considera la inconsistencia entre las líneas de campo y la
210
acción rectilínea propia del sistema de partículas newtoniano.
Décimo segundo. El capitulo termina con análisis matemáticos de movimiento de cargas
eléctricas o dipolos eléctricos en campos eléctricos, ya sea paralelos o perpendiculares a la
dirección del movimiento, también se describen ejemplos de aplicación industrial en
fotocopiadoras o televisores, hornos de microondas…. sin mayor análisis. Se hace énfasis
en el estado de polarización de una partícula y cuando una molécula es polar. Se presenta
un resumen del capitulo y una serie de problemas para ser resueltos por el estudiante.
Análisis de eventos libro 3
El texto se caracteriza por utilizar una retórica principalmente centrada en el lenguaje
expositivo (93), el conocimiento descrito es de física de partículas (17) recurriendo a la
física atómica, la física nuclear y aspectos de la mecánica cuantica para caracterizar la
estructura eléctrica de la materia. La descripción de experimentos y experiencias son
escasos (7) comparado con el texto expositivo dedicado a explicaciones, afirmaciones y
definiciones.
Encontramos que el uso del recurso de la historia de la física es poco considerada (3) y
solamente para hacer referencia a descripciones biográficas o narración de algún
experimento.
La importancia del conocimiento cotidiano o de aplicación industrial es marginal ya que
solamente presenta breves eventos (3) que no reflejan la importancia del tema en la vida
cotidiana.
Se encuentra una gran cantidad de eventos dedicados a exponer los distintos temas en
forma de explicaciones, analogías e interpretaciones, afirmaciones, definiciones y ejemplos
matemáticos (93) todos ellos, desde una retórica expositiva y dogmática. Resulta
211
interesante encontrar como los eventos dedicados a la presentación simbólica de los
formalismos es amplia (38): el aspecto matemático del algebra, el análisis vectorial y el
cálculo son muy frecuentes.
Los eventos dedicados a hechos experimentales, que como ya lo dijimos es escasa, muestra
además alta concentración en demostraciones de laboratorio (6) y solamente uno (1) que
considera una situación cotidiana. Estas demostraciones coinciden con las de otros textos
que muestran el tema.
Podemos encontrar también que, al introducir el tema, los autores mantienen un equilibrio
en la retórica “conocimiento, lenguaje y experiencia” pero, a medida que avanza, la
tendencia se hace más explicativa y expositiva y la experiencia se va perdiendo poco a poco
hasta que ya no tiene presencia.
Podemos entonces afirmar que la retórica del texto corresponde a una imagen de ciencia
expositiva de carácter apodíctico, que el modelo didáctico es de transmisión directa de los
contenidos y que los fenómenos que narra corresponden principalmente a demostraciones
reales de laboratorio.
Macroestructura
De los tres libros analizados, es el libro de Sears y Zemansky el que mas páginas dedica a
la electrostática. Hay un capitulo completo para cargas eléctricas y ley de Coulomb, otro
para campos y ley de Gauss y un tercero para el potencial. Si bien el análisis no se mide por
el número de hojas, cabe destacar que realiza de forma ampliada los temas desarrollados.
Es posible identificar que este texto asume un mayor compromiso con el campo
fenomenológico, aunque sigue siendo escaso en términos generales.
Al igual que los textos anteriores, los autores consideran que el libro está dirigido a
212
estudiantes de ciencias e ingeniería y al desarrollo y habilidad en la resolución de
problemas y un acercamiento a la física de partículas.
Podemos identificar que en la presentación de introducción al electromagnetismo los
autores hacen referencia al cálculo diferencial para tratar situaciones particulares de
distribución de carga. La mayor parte de los ejemplos que se presentan, se refieren al
modelo estándar de partículas.
Microestructura
De acuerdo con el índice identificamos los siguientes aspectos fundamentales en la
presentación del capitulo.
Primero. Para introducir el concepto de carga eléctrica el texto hace referencia inicialmente
a la forma histórica (tal como los griegos la identificaron), contrastando con el
conocimiento actual. Se hace referencia a algunos eventos cotidianos donde es posible
identificar objetos electrizados.
Segundo. Después de la breve presentación histórica, el texto procede a explicar un
experimento con barras frotadas y medulas de saúco para observar efectos de atracción y
repulsión y asimismo afirmar que “cargas iguales se repelen y cargas distintas se atraen”.
Se hace una comparación entre las fuerzas eléctricas y la fuerza gravitacional para mostrar
que las primeras son más grandes. También se compara con las fuerzas magnéticas para
mostrar que son diferentes. Posteriormente se recurre a otro experimento para demostrar
que “las cargas eléctricas no son generadas ni creadas” solamente que el proceso de
frotación “consiste en transferir algo de un cuerpo a otro” y que a finales del siglo XIX se
descubrió que las partículas que se transfieren “hoy se conocen como electrones”. Esta
forma de presentar la carga eléctrica responde entonces a dos experimentos convencionales
que se ajustan al modelo explicativo y que terminan por reducir la carga a una transmisión
213
de “algo” que hoy en día son electrones. Sin embargo el segundo experimento deja duda en
cuanto a su utilización, pues se quiere mostrar además la ley de conservación de la carga,
simplemente considerando los materiales frotados, lo cual es imposible y menos para
realizarlo experimentalmente “así el vidrio resulta positivo, mientras que la seda con la
cual se ha frotado resulta negativa. Esto sugiere claramente que las cargas no son creadas
ni generadas sino que el proceso de adquirir una carga eléctrica consiste en trasferir algo
de un cuerpo a otro”.
Tercero. Después de caracterizar la carga eléctrica el texto dedica un espacio completo a la
estructura atómica de la materia desde el modelo atómico básico: electrones, protones y
neutrones. Caracteriza las partículas del núcleo del átomo en términos de su diámetro, su
número atómico, y su carga. Reconoce sin embargo las limitaciones del modelo de Bohr y
las ventajas de la mecánica cuántica (“que se tratará en el capitulo 45”), pero no menciona
como ni de que manera, incluso a pesar de esta consideración se mantiene en el resto de la
presentación el modelo de partículas caracterizado. Se explica el valor de la masa de las
partículas consideradas para un átomo de hidrogeno y se define el numero atómico. Se
afirma que un cuerpo cargado es aquel que “ha perdido parte de su contenido normal de
electrones” y que la “carga” responde a “un exceso de carga, que es siempre una fracción
muy pequeña de la carga total positiva o negativa del cuerpo” interpretación que resulta
poco compresible para un estudiante y que no se infiere de los experimentos realizados.
Afirma además que está implícito el principio de conservación de la carga. Con esta
presentación lo que sigue en adelante es caracterizar el modelo descrito en algunos
fenómenos y situaciones, pero pronto será abandonado al tratar la ley de Coulomb.
Cuarto. Con el referente de la estructura atómica de la materia, el texto introduce un
experimento para demostrar como es que la carga se puede mover en ciertos materiales
(conductores) y en otros no (aislantes). Vale la pena considerar que mantiene el esquema de
las barras frotadas y la médula de saúco. Tras el experimento se afirma que los “metales
son buenos conductores” y luego se explica este comportamiento utilizando el movimiento
214
libre de los electrones en el “gas electrónico”. Sin más explicación ni experiencia se
termina la presentación de este concepto.
Quinto. Acudiendo nuevamente a un experimento con barras frotadas y médulas de saúco el
texto demuestra como se producen diferentes formas de electrificación por inducción.
También utiliza esferas “neutras” y con la ayuda de figuras muestra como las partículas
(positivas y negativas) se ubican en los materiales considerados y como es posible obtener
inducción, utilizando conductores, la Tierra y materiales dieléctricos. Las explicaciones de
este comportamiento se hacen a partir del movimiento de electrones y las cargas inducidas,
“las cargas se distribuyen uniformemente sobre la esfera”. Llama la atención la afirmación
siguiente “aunque en la actualidad sabemos que las cargas negativas son las que
realmente se mueven en un conductor metálico, a menudo es conveniente describir un
proceso como si fueran las cargas positivas las que se movieran” afirmación que
desconcierta, sobre todo porque no aclara su razón de ser, ni porque se hace, lo cual deja
duda sobre si es posible en las explicaciones de los fenómenos hablar de movimiento de
carga positiva. ¿Los protones se mueven? ¿Quien porta la carga positiva?
Sexto. En adelante se hace la presentación de la ley de Coulomb, comentando la
experiencia realizada con la balanza de torsión, por analogía con la de Cavendish. Si bien
no describe la experiencia como tal, sí llega a las conclusiones obtenidas, principalmente la
dependencia del inverso cuadrado de la distancia y la relación directa de la carga. Llama la
atención la caracterización de la forma ingeniosa con la cual Coulomb logró identificar la
unidad de carga para utilizarla en su experimento a partir de la noción de simetría, lo cual
permite identificar un problema fundamental de cuantificación; sin embargo, no detalla el
proceso. En adelante afirma que los experimentos “corroboraron” lo que ahora se define
como ley de Coulomb, en analogía con la fuerza gravitacional de newton. Es importante
resaltar que el texto considera que la dirección de la fuerza sobre cada partícula “está
siempre sobre la línea que las une, tirando de las partículas para unirlas”. Esta
consideración, propia del pensamiento newtoniano, fue precisamente la que más
215
dificultades tuvo para su aceptación por la comunidad científica posterior a Coulomb,
particularmente Faraday y Maxwell. Incluso se reafirma nuevamente que “la
proporcionalidad del inverso cuadrado ha sido verificada con gran precisión”
desconociendo de hecho el comportamiento del dipolo eléctrico, el cual no responde a esta
proporción. El texto finalmente orienta la explicación hacia la forma matemática de
carácter algebraico y vectorial de la ley, identificando las unidades, el valor de la constante
eléctrica k con ejemplos de tipo matemático entre cargas ubicadas a distancias
determinadas, núcleos de helio, átomos de hidrogeno, e interacciones entre partículas
cargadas, todos ellos para mostrar la aplicación de la ley. Es importante decir que el
comportamiento del medio hasta el momento no tiene ninguna relevancia para explicar el
comportamiento eléctrico de la materia ni de cuerpos cargados.
Séptimo. Como colofón de este capitulo el texto introduce las interacciones eléctricas
afirmando que “tienen un papel central y dominante en todos los aspectos de la estructura
de la materia”, “las fuerzas que mantienen unidos los átomos, las moléculas, el pegamento,
la tensión superficial y las redes cristalinas son de naturaleza eléctrica” sin embargo,
afirma “ellas solo se podrán estudiar desde conceptos mecánico – cuánticos”. Resulta
curioso ver como el texto considera que la ley de Coulomb sirve para explicar
comportamientos de “interacciones básicas implicadas”. No es claro que se quiere decir
con esta afirmación, pues en los ejemplos se hace referencia a comportamientos de núcleos
atómicos de hidrogeno y helio entre otros y las fuerzas eléctricas entre ellos y sus
componentes. ¿Cuál es entonces la importancia de la ley de Coulomb en las interacciones
eléctricas? Según parece el estudiante debe esperar al capitulo 47 donde posiblemente se
comente algo al respecto.
Octavo. Contrasta la finalización del capitulo anterior con la introducción de la noción de
campo eléctrico afirmando que “la interacción eléctrica entre partículas cargadas puede
volver a formularse utilizando el concepto de campo eléctrico”. Decir “volver a
formularse” es una manera de mostrar otra perspectiva del problema, lo cual da a entender
216
lo siguiente: que una forma de entender el fenómeno eléctrico es la interacción entre
partículas eléctricas desde la física atómica y otra es desde la noción de campo. Se observa
la distinción que los autores quieren hacer entre los dos modelos, incluso mencionan que la
noción de campo no es sólo importante para los cálculos sino que “es también un concepto
importante de significado teórico fundamental”, afirmaciones que muestran la importancia
del campo eléctrico. Sin embargo la presentación del concepto de campo como tal parte de
decirle al estudiante que debe “imaginar que el cuerpo A tiene la característica de
modificar algunas de las propiedades del espacio que le rodea”, el solo hecho de sugerir
que el estudiante debe imaginar algo que a la postre no tiene realidad, tampoco resulta útil
conceptualmente, por lo tanto su utilidad se reduce a la importancia matemática para hacer
cálculos. Luego de esta aclaración y solicitud de imaginación, el texto define el campo en
términos de la fuerza eléctrica y de la carga como algo que “existe” en un punto. Se aclaran
las unidades de medida y el carácter vectorial que tiene. Se afirma que al campo eléctrico
también se le denomina “intensidad eléctrica” o “intensidad de campo eléctrico” por lo
cual se confunden o mezclan ontológicamente la diferencia entre ellos. En adelante se
procede con ejemplos para hacer cálculos de campos eléctricos entre cargas puntuales,
baterías, cálculos de velocidad de un electrón y dipolos eléctricos.
Noveno. Para reafirmar la función matemática del campo, el texto ahora considera una serie
de ejemplos para hacer cálculos de campo eléctrico en variadas situaciones, pero aclara que
“el campo eléctrico en un punto puede calcularse también a partir de la ley de Coulomb”,
lo cual muestra que la preocupación epistemológica por la diferencia histórica de estos
modelos se elimina al establecer que matemáticamente se pueden representar de una u otra
forma. En adelante, se recurre a una expresión matemática del campo eléctrico en función
de la ley de Coulomb, expresión con la que se resolverán los problemas siguientes para
encontrar el campo eléctrico en cargas puntuales en distintas posiciones, cargas distribuidas
sobre la superficie de conductores de tamaño finito, conductores anulares, cables largos y
láminas planas.
217
Décimo. Como ingrediente adicional, y sin un contexto que le de sentido, se presentan
ahora las líneas de campo, recordando históricamente a Michael Faraday, pero afirmando
que una línea de campo “es una línea imaginaria trazada…” afirmación que se contradice
con la propia versión de Faraday para quien las líneas de campo son líneas reales, es decir
existen ontológicamente. También se recuerda que Faraday llamó a éstas “líneas de fuerza”
pero que es preferible el término “líneas de campo”, recomendación que desconoce que
para Faraday el campo es activo, por lo tanto la fuerza del campo se encuentra en cada
punto del mismo, lo que implica necesariamente que las líneas realmente son de la fuerza o
acción del campo en cada punto. Para el texto, el problema se omite porque, según los
autores, el campo es solamente una representación matemática y las líneas son
“imaginarias”. En adelante se representan líneas de campo entrando y saliendo de partículas
cargadas, con su respectiva interpretación matemática, flujo de líneas, líneas que no se
cruzan y magnitudes de líneas de campo por unidad de superficie.
Undécimo. El capítulo termina con la aplicación de la ley de Gauss en esferas conductoras
desde el cálculo infinitesimal, preguntas y problemas.
Dificultades en la presentación de los textos
Es claro que las dificultades que se pueden poner de manifiesto en torno a la presentación
usual del electromagnetismo dependen del punto de vista desde el que se la mire. Así,
cuando la enseñanza del electromagnetismo es asumida como una actividad que provee las
condiciones para que el estudiante construya una imagen coherente del fenómeno eléctrico
-lo cual implica permitir que se involucre en la actividad de organizar y construir la
experiencia sensible relativa a éste, así como posibilitar que elabore y ponga en juego sus
propios criterios de organización- es pertinente destacar los siguientes aspectos de la
presentación tradicional como fuentes de las dificultades que tiene el estudiante para
avanzar en el sentido propuesto: a)Yuxtaposición de imágenes y b) Experiencias
acomodadas al modelo teórico.
218
Yuxtaposición de imágenes
En el analisis historico, hemos mostrado dos concepciones de mundo diferentes entre sí;
accion a distancia y campos. En las presentaciones encontradas en los libros de trexto
analizados hay despreocupación por diferenciar estas imágenes de mundo. En los
contenidos desarrollados por estos textos se entremezclan o yuxtaponen indistintamente las
imágenes de acción directa a distancia y de campo. Esta yuxtaposición de imágenes es
fuente de confusión y se constituye en un gran obstáculo para que el estudiante elabore una
imagen coherente del fenómeno y pueda dar cuenta de su experiencia. De otra parte, la
introducción al fenómeno eléctrico que se suele hacer en los textos se plantea desde una
cierta perspectiva de acción a distancia, sin que ésta sea clara y significativa. Es, pues, el
objetivo de este trabajo dar elementos para hacer la introducción al fenómeno eléctrico
significativa y orientada desde una perspectiva de campos.
Experiencias acomodadas al modelo teórico
Construir el fenómeno a partir de la organización de la experiencia sensible plantea una
serie de problemas cuando nos referimos a lo eléctrico, ya que en nuestra cotidianidad no
hay una experiencia suficiente que podamos evocar. Si bien se poseen algunos referentes a
lo eléctrico en un rayo, una chispa, un corrientazo o los aparatos eléctricos, dicha
experiencia es muy escasa. En otros campos fenoménicos como el térmico o el mecánico, el
referente a la experiencia es mucho más abundante, lo que permite la evocación de ella.
Frente a lo térmico existe experiencia sensible que permite decir cuando algo está caliente o
está frío, lo cual permite organizar dicha experiencia. Con relación a lo mecánico, es
bastante la experiencia sensible que se posee; por ejemplo, en el movimiento o en el
equilibrio es posible organizar la experiencia directa. En lo eléctrico no se encuentra esa
experiencia directa, por lo tanto se hace necesario construirla para poder llenarla de
significado.
219
A este respecto, llama la atención como usualmente a la experiencia sensible que sirve de
referente a la presentación del fenómeno se la muestra en los textos correspondiendo o
ajustándose de manera directa al argumento teórico. Al introducir el concepto de carga
eléctrica, por ejemplo, se suele acudir a los efectos de atracción y de repulsión entre
cuerpos electrificados por frotación; la experiencia realizada se la presenta como si se
acomodara directa y perfectamente con el enunciado que los cuerpos poseen carga
eléctrica, que ésta es positiva y negativa y que cargas iguales se repelen y contrarias se
atraen. Los presupuestos que son base de la organización de la experiencia sensible son
omitidos. En estas formas de presentación de la experiencia no se distingue -como les decía
Faraday a sus contemporáneos- entre la hipótesis y el hecho, entre el enunciado teórico y la
experiencia sensible, entre la organización y lo organizado, dándole de esta manera un
carácter realista a las teorías. Y se puede entender que ello ocurra, dada la intencionalidad
que anima a la mayoría de los textos: presentar los resultados, los puntos de llegada. La
separación entre experiencia sensible y formas de organización se torna imprescindible
cuando se trata de involucrarse en la actividad de organizar, construir y ampliar su
experiencia en torno a una clase de fenómenos.
El énfasis en los resultados y productos que habitualmente se hace en la enseñanza de la
física, y en especial del electromagnetismo, a la vez que difunde una imagen realista de la
teorías científicas y del conocimiento científico -que no da espacio a las preguntas, a los
supuestos, a los compromisos- promueve entre los estudiantes una actitud de subordinación
frente a aquello catalogado como científico. Más aún, el que la experiencia sensible se
limite a ciertos enunciados teóricos, se convierte en un obstáculo para que los estudiantes
establezcan nexos entre las teorías y su mundo de experiencia.
Podemos establecer como aspectos de las dificultades evidenciadas en la retórica de los
libros de texto las siguientes:
1. No presentan una apropiación racional del conocimiento.
220
2. Yuxtapone modelos explicativos.
3. No se confronta la experiencia; no hay nexos entre las teorías y el mundo de la
experiencia.
4. No permite tener una imagen de los fenómenos eléctricos.
5. No hay claridad en el modelo de campos.
6. Carencia y deficiencia en cuanto a cambios ontológicos, epistemológicos.
7. Formalizan modelos matemáticos en lenguajes expositivos.
8. Promueven la actitud de subordinación en el lector
Los problemas o dificultades mencionados en la presentación usual por los libros de texto
son precisamente aspectos que busca superar la propuesta que se hace en el presente
trabajo.
7.3 De las Explicaciones de los Estudiantes
Análisis del cuestionario
Para el análisis de las respuestas de los estudiantes a las preguntas del cuestionario se tuvo
en cuenta cada estudiante y se le asigno un número, esto para hacer un seguimiento a las
explicaciones individuales, de tal manera que se pueda tener una visión clara de sus
modelos de explicación y los errores conceptuales que presenta.
221
Pregunta 1
Para analizar las respuestas recordemos la pregunta:
Pregunta 1
Usualmente se dice que una barra de vidrio o ámbar al ser frotada con algún material
como paño o piel, adquiere la propiedad de atraer pequeños objetos (por ejemplo
papelitos). Está usted de acuerdo en que es posible, mediante frotación, aumentar la
fuerza de atracción del vidrio o del ámbar?
Si ____No____ En caso afirmativo explique cómo. En caso negativo explique por qué.
Como se ha identificado en el aporte de Gilbert a la electrostática, la “virtud” eléctrica
depende del material y no de la fuerza o el tiempo de frotación. Sin embargo las
explicaciones de los estudiantes permiten hacer algunas inferencias.
- El 25% de los estudiantes que consideran que NO , se basan en argumentos que se han
concretado en dos posturas, 1a) y 1b):
1a) El número de electrones permanece fijo: el grupo de estudiantes que considera en que el
numero de electrones o la cantidad de carga permanece constante lo hacen desde formas de
explicar diferentes, a saber; el estudiante (1) considera que los electrones se excitan al ser
frotados, pero es su cantidad la que determina la acción atractiva y, como que la cantidad
no varia, entonces no puede haber mayor fuerza de atracción, porque “al frotar este número
no va a cambiar”. Es de anotar que la importancia de la fuerza atractiva para este estudiante
está en un poder activo de los electrones, no en su transferencia. Para el estudiante (2) con
la frotación “se adquieren muchas cargas positivas” las cuales generan atracción con las
222
cargas negativas del papel. De alguna manera en el proceso de frotación la barra de vidrio
adquiere las cargas positivas que necesita, (número limitado de ellas) por lo tanto NO es
posible que aumente el poder de atracción con la frotación. El termino “adquiere” da a
entender que para este estudiante las cargas pasan de un cuerpo a otro, en este caso entre los
objetos frotados, mostrando la influencia de una visión de corte substancialista como la de
fluido único. Si bien el estudiante (3) no se inclina a pensar en cantidad o redistribución, sí
considera que la acción de frotar es un problema más de tiempo que de fuerza, pues “frotar
5 horas el vidrio no hace que el vidrio se atraiga más papelitos que con 5 minutos de
frotarlo” es una postura que puede considerarse como la del estudiante (1) en la que hay
una cantidad fija de partículas y éstas son activadas, pero de ahí en adelante, por más que se
frote o el tiempo que se demore no se van a activar más
1b) Hay una redistribución de las cargas: para el estudiante (5) es más importante que el
número de electrones o que la cantidad de la carga que reproduzca una redistribución de
cargas, explicación que mantiene a lo largo del cuestionario y que le permite sustentar por
que no hay aumento de la fuerza de atracción. Pensar en redistribución es tener en cuenta el
medio, aspecto relevante desde la visión de campos. Podemos afirmar que este estudiante
tiene una cierta visión de campos que le permite dar cuenta de las preguntas del
cuestionario.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
NO
# fijo de eredistribución
Grafica 6: Barra estadística pregunta 1b
223
Si bien los estudiantes no mencionan explícitamente que la virtud atractiva depende del
material, consideran que es un problema derivado del número de electrones existentes.
Cada material tiene un número finito de electrones que se desprende al ser frotado, así que
por más que se frote “el número de electrones no va a cambiar”. El tener asociado la
propiedad eléctrica con numero de electrones es entendible porque así se suele presentar en
los libros de texto; sin embargo resulta preocupante para explicar fenómenos como la
inducción eléctrica donde NO hay trasferencia de electrones y sin embargo se evidencia la
“virtud” eléctrica, enfoque propio de la visión de campos. La estadística refleja que de los
16 estudiantes encuestados, solo un estudiante afirmó “no se aumenta la fuerza de
atracción, sino que hay una redistribución de cargas presentes en el vidrio o ámbar”
consecuente con la visión de campos.
Ell 75% de los estudiantes que consideran erróneamente que SI se puede aumentar la
fuerza de atracción mediante la frotación, los hemos ubicado en la postura 1c). No explican
como se puede hacer, que es la intención de la pregunta; simplemente justifican su
afirmación con una explicación desde algún modelo. Los modelos de explicación se basan
en argumentos que se han concretado en cuatro posturas que responden a dos visiones
históricas cuestionadas, vitalismo y substancialismo:
- Hay aumento de carga
- Hay alteración de las partículas
- Se genera calor
- Por la presencia de factores externos
224
0
1
2
3
4
5
6
SI
aumento de carga
alteracion departiculasgeneracion de calor
factores externos
Grafica 7: Barra estadística pregunta 1c
Aumento de carga: La respuesta más recurrente es la a) donde 6 estudiantes consideran que
SI hay aumento de la fuerza atractiva porque cuanto más frotación entonces más carga, no
hay límite para la transferencia de electrones. Esta es una visión arraigada donde la
electricidad es asumida como un fluido, los electrones pasan de un material a otro como
pasar agua de un recipiente a otro, excepto que para los estudiante no parece existir límites,
de hecho la expresión del estudiante (12) que afirma “en los objetos se hace flujo constante
de electrones” responde a esta postura.
Alteración de las partículas: Los 2 estudiantes que consideran que hay alteración de las
partículas lo hacen considerando que las partículas salen de un estado de inactividad debido
a la frotación. Es posible que este grupo de estudiantes comparta el hecho del estudiante (1)
de un numero finito de electrones en los objetos, pero la causa de la atracción esta en la
excitación de los mismos. Como lo dice el estudiante (8) “Está barra, al ser frotada, sus
cargas son activadas” de donde mayor frotación entonces mayor activación y por lo tanto
mayor atracción. Los estudiantes asumen que las partículas tienen un “poder” activo que se
hace evidente con la frotación. Éste es un pensamiento vitalista que ubica el poder en las
partículas, muy propio del pensamiento newtoniano, con el agravante que dicho poder no
tiene límite, pues cuanto más se frota, mayor poder atractivo.
225
Generación de calor: El grupo de 2 estudiantes que considera que el aumento de la fuerza
de atracción se debe al aumento de calor, lo hacen porque consideran que el calor es la
causa de que los cuerpos adquieran electrificación, pensamiento paralelo al de los
científicos que en la edad media consideraban el calor como una sustancia o fluido. Es claro
que al frotar “se está generando calor en la superficie del vidrio” como lo dice el
estudiante (9), “el objeto se calienta y esto puede aumentar la fuerza de atracción”. En la
explicación histórica al calentar el vidrio se libera el fluido eléctrico, que es quien
interactúa con los papelitos atrayéndolos.
Factores externos: Finalmente, los 2 estudiantes que consideran que la fuerza de atracción
aumenta debido a factores externos como campo magnético o ionización, sugieren que al
frotar “se crea un campo magnético” y éste es el que de alguna manera actúa “frente a
cuerpos no frotados”. Aunque confunden estos conceptos saben que alguna relación tienen
con la electricidad, aunque no son conscientes de ello. El estudiante (16) piensa que con la
frotación el ámbar capta partículas del exterior o sea que no es un problema entre los dos
cuerpos frotados, es más bien la respuesta de uno de ellos que al ser frotado se “ioniza”
“cargándose negativamente con partículas del medio exterior” y como en el medio exterior
hay suficientes partículas, entonces no hay limite para la fuerza de atracción.
Pregunta 2
Para analizar las respuestas recordemos la pregunta:
Pregunta 2
Se tienen dos electroscopios que evidencian electrificación, uno positiva y la otra
negativa. Al ponerlos en contacto a través de un alambre se observa que la evidencia de
electrificación en los dos electroscopios desaparece. Cómo podría explicar este hecho?
Hemos recogido dos modelos explicativos presentes en sus explicaciones:
226
2a) Las fuerzas se equilibran y se neutralizan por sus efectos
2b) Las cargas se conducen al medio y se pierden sus efectos
2a) Fuerzas en equilibrio:
El (40%) de los estudiantes encuestados piensan que las cargas se equilibran, neutralizan o
anulan. Para algunos es un problema de efectos, las cargas están en los electroscopios (no
hay flujo de electrones), pero como son contrarias, son sus efectos los que se anulan “los
polos opuestos se atraen eliminándose entre sí” como lo establece el estudiante (13) y para
otros es un auténtico equilibro de fuerzas, donde ambas actúan pero la resultante es cero,
como lo explica el estudiante (1) al justificar que “se equilibran las dos cargas y se nivelan
las fuerzas electrostáticas” Este tipo de explicaciones coinciden con los modelos de acción
a distancia propios del modelo newtoniano, donde las fuerzas actúan a distancia entre los
cuerpos cargados sin importar el medio interpuesto. En este caso el alambre sólo cumple
una función de contacto, pero la acción está en la carga que se encuentra en los
electroscopios.
Para otros, las cargas viajan a través del alambre, pero como son contrarias, al encontrarse
se aniquilan o destruyen, haciendo que el efecto desaparezca.
2b) Conducción de cargas:
Los estudiantes que consideran que las cargas son conducidas a través del alambre (40%),
lo hacen desde dos tipos de explicaciones. Para unos, las cargas llegan hasta el alambre
desde los dos electroscopios, quedando estos sin cargas, por la tanto sin efectos que detectar
o, como lo dice el estudiante (6), “porque los electrones se distribuyen uniformemente en el
alambre”, acompañado del dibujo + - + - + - + - + - + que muestra la secuencia de
organización. Este tipo de explicaciones se asemejan a las explicaciones basadas en la
teoría de los dos fluidos, basadas en la existencia de dos sustancias materiales que pueden
227
moverse a través de los cuerpos conductores, visión interesante, pero que, como dice
Einstein (1939), tuvo dificultades para dar cuenta de otros fenómenos eléctricos y fue
desplazada.
Para otros estudiantes, el alambre es sólo un medio por el que pasan las cargas de un
electroscopio a otro. Es un autentico flujo, como lo dice el estudiante (10) para quien
“pasan partículas cargadas (e) de un electroscopio a otro hasta que la carga de cada uno
de estos esté en equilibrio” o incluso “de un electroscopio se transportan al otro hasta que
éste quede en equilibrio” como dice el estudiante (11) Al igual que el caso anterior hay un
de flujo de electrones pero en este caso hay dos situaciones; en una, fluyen tanto las cargas
negativas como las positivas, se mezclan las cargas y se compensan en cantidad, por lo
tanto los efectos se anulan y en la otra solamente fluyen las cargas negativas hasta donde
están las cargas positivas y se compensan, por lo tanto el efecto desaparece en este
electroscopio. Al igual que en el caso anterior las explicaciones se dan en términos de uno o
dos fluidos, que tuvieron una incidencia histórica, pero con dificultades concretas. Esta
forma de explicar el fenómeno por parte de los estudiantes coincide además con la
explicación que dan algunos textos para referirse a la conducción eléctrica, pero no para la
conservación de carga. Se aprecia una yuxtaposición de modelos.
Resulta interesante seguir las explicaciones del estudiante (5) para quien “las cargas
positivas y negativas se neutralizan”. Si bien no percibe el comportamiento de los
electroscopios como un flujo tampoco lo hace como una redistribución, aunque no precisa
lo que sucede en los propios electroscopios.
228
Pregunta 3
Para analizar las respuestas recordemos la pregunta:
Pregunta 3
Al frotar una parte de una barra de vidrio con piel se observa que ésta se electrifica y
atrae por ejemplo papelitos. Considera usted que la parte no frotada podría adquirir
también la virtud de atraer? Si___No____ explique por que.
Es interesante la diversidad de explicaciones para esta pregunta. Recordemos que los
trabajos de Gray analizados permitieron identificar que las partes no frotadas de los
materiales dieléctricos sí pueden adquirir la “virtud eléctrica”; demostró que la
electrificación es una virtud que SÍ se comunica a regiones vecinas que se encuentren en
contacto con la región frotada, sean estas del mismo o diferente material.
Las formas de explicación de los alumnos que consideran que la región no frotada NO
adquiere la virtud de atraer se basan en argumentos que se han concretado en las posturas:
3a) Neutralidad de la región no frotada: 5
3b) No conductividad del material: 3
229
0 1 2 3 4 5
neutralidad
noconductividad
particulas no seexcitanregiones con cargasopuestasel vidrio no conduce
Grafica 8: Barra estadística pregunta 3a) y 3b)
3a) Neutralidad de la región no frotada: Los estudiantes que consideran que esta región NO
atrae papelitos presentan dificultad en cuanto lo hacen desde una visión estática de los
electrones. El objeto permanece neutro, por lo tanto los electrones no se excitan, “porque
los electrones de la otra parte de la barra no se han excitado” (estudiante 1) “sólo queda
cargada la región frotada” (estudiante 10) y “al no frotarse no se forma campo magnético”
(estudiante 14) este tipo de explicaciones asumen que la región no frotada permanece
neutra, tienen asociada la idea de que sólo la frotación activa los electrones; donde no se
frota no se activan los electrones. Esta dificultad no permitirá comprender los fenómenos
asociados a la polarización eléctrica y además se aleja de una visión de campos.
3b) No conductividad del material: Se encuentra que la tendencia de estos estudiantes es
explicar los fenómenos en términos del movimiento de los electrones, el cual no les permite
asociar el fenómeno al comportamiento de los materiales; existe un principio vital que no
está en los cuerpos sino en los electrones y son éstos los que se mueven por entre los
materiales portando la electricidad. Al frotar los materiales, los electrones se transfieren y
por lo tanto, donde ellos estén, allí se evidencia carga. Ahora bien, como “el vidrio no es un
230
buen conductor” (estudiante 11), entonces los electrones no se desplazan y por lo tanto allí
no hay efectos. Este tipo de explicaciones asociadas a la electricidad como fluido que pasa
de un cuerpo a otro es propio de las explicaciones científicas del siglo XVIII cuando se
consideraba que la electricidad era como el calórico. Son explicaciones que se distancian de
la visión de campos que consideran la electrificación como un estado del medio.
Las formas de explicación de los estudiantes que consideran que la región no frotada SÍ
adquiere la virtud de atraer se basan en argumentos que se han concretado en tres posturas:
3b1) Propiedad del material
3b2) Movimiento de electrones
3b3) Poder de la acción
0 1 2 3 4 5
propiedad del material
movimiento de electrones
poder de acción
Grafica 9: Barra estadística 3b1) 3b2) y 3b3)
3b1) Propiedad del material: Los estudiantes que consideran que la región no frotada SÍ
atrae papelitos porque “adquieren esta propiedad si se carga electrostáticamente”
(estudiante 2), no consideran las regiones del objeto sino su totalidad; frotar una región es
como cargar el objeto en su totalidad, por eso no hay inconveniente con la región no
frotada. Este tipo de explicaciones no diferencia entre electrificar un cuerpo por frotamiento
y electrificarlo por conducción. Hay dificultad para comprender las formas de
231
electrificación.
3b2) Movimiento de electrones: Los estudiantes que no reparan en el material frotado
(vidrio) piensan en términos de carga eléctrica, de tal manera que al frotar una región esta
adquiere un tipo de carga y por ende la región no frotada adquiere otro tipo de carga,
“porque quedaría con la carga opuesta a la de la región frotada” (estudiante 5) o “se
carga de forma electronegativa” (estudiante 13). En este sentido se observa en ellos una
dificultad para diferenciar entre el comportamiento de materiales conductores como los
electroscopios y materiales dieléctricos como el vidrio; el problema sigue siendo entre
regiones con cargas opuestas. También piensan en explicaciones en términos de carga
eléctrica asociada al movimiento de electrones como la del estudiante (12) para quien la
carga no frotada sí atrae “porque hay flujo de electrones”. Desde este tipo de
explicaciones, los electrones se pueden mover libremente, no importa la clase de material
en que lo haga, poniéndose en evidencia una dificultad conceptual fundamental en el
comportamiento de los materiales.
3b3) Poder de la acción: resulta interesante la consideración de dos estudiantes en
particular, para quienes “la atracción sería reducida en comparación de la región frotada”
(estudiante 9) o “porque el papel es fácilmente atraído” (estudiante 8). Se reconoce que la
región no frotada evidencia efectos reducidos en comparación con la región frotada, lo que
da a entender que ésta se comunica y que sus efectos se van haciendo más débiles a medida
que nos alejamos de la región frotada en dirección del mismo medio, explicación
coincidente con la perspectiva de campos. Podemos en principio considerar que este grupo
de estudiantes tienen una idea de que la electrificación depende del material mismo, y por
lo tanto sus explicaciones también incluyen la región no frotada en tanto que la virtud
atractiva es débilmente comunicada a la región no frotada. Pero, de acuerdo con las
respuestas dadas a los puntos anteriores del cuestionario, para el estudiante (9) hay un
efecto térmico que incide, lo que se comunica es el calor y es él quien ejerce la fuerza de
atracción. Por lo tanto no se considera la respuesta como válida en la perspectiva de
232
campos.
Pregunta 4
Para analizar las respuestas recordemos la pregunta:
Pregunta 4
“Una esfera electrificada de latón es sostenida por un hilo de seda y se introduce en un
recipiente metálico y aislado que esta conectado con un electroscopio exterior. A medida
que se hace descender la esfera C la divergencia del electroscopio aumentará hasta cierto
punto, luego la divergencia permanecerá casi estacionaria y sin modificarse para
cualquier descenso de C de ahí en adelante, aun sin tocar el recipiente” está usted de
acuerdo en que la experiencia es:
d) ¿De inducción eléctrica?_______
e) ¿De conducción eléctrica?______
f) Otra. ¿Cual?_________________
La cuarta pregunta parte de una experiencia realizada por Faraday y que le llevó a
identificar que la acción inductiva no depende de la distancia como lo suelen afirmar
algunos textos. Se quiere identificar si el fenómeno en cuestión es o no una acción
inductiva. Recordemos que la explicación que hace Faraday de esta experiencia es para
demostrar que no es fácil establecer una diferencia entre conducción e inducción eléctrica
solamente a partir de sus efectos. Si se analiza con detalle la experiencia, los efectos son
propios de un estado de conducción eléctrica; sin embargo Faraday demuestra, como se ha
mostrado en el análisis histórico, que se trata realmente de un estado de inducción
233
eléctrica.
Para esta pregunta no se solicitó explicación por parte de los estudiantes, ya que lo que se
quiere analizar es si el fenómeno que observan lo asocian directamente con uno u otro
comportamiento. Se encontró, a diferencia de lo que se esperaba, que la mayoría de los
estudiantes identifican el fenómeno con un caso de inducción eléctrica. De acuerdo con
visión usualmente considerada por los libros de texto, la inducción se diferencia de la
conducción porque en la primera la acción aumenta o disminuye de acuerdo con la
proximidad del objeto frotado al detector, mientras que la conducción se conserva aunque
haya movimiento del cuerpo frotado. Sin embargo el 25% de los estudiantes sí presenta esta
dificultad. Los estudiantes que no contestaron, podemos decir que no se comprometieron
con una respuesta por el análisis que implica tener claridad en la diferencia de fondo entre
inducción y conducción.
Es importante anotar que los estudiantes que contestaron que la experiencia es un caso de
inducción eléctrica no se dejan influenciar por los efectos producidos, incluso los que no
contestaron la pregunta. Pero si que es preocupante la dificultad de los estudiantes (25%)
para diferenciar los fenómenos sin tener presente sus efectos.
Pregunta 5
Para analizar las respuestas recordemos la pregunta:
Pregunta 5
Reconoce alguna forma experimental de cuantificar la carga eléctrica? Si____no____
En caso afirmativo explique cual. En caso negativo explique por qué.
La quinta y última pregunta de este cuestionario busca identificar si el estudiante reconoce
alguna forma experimental de cuantificar la carga eléctrica, ya que la ley de Coulomb y los
conceptos de campo y potencial eléctrico se construyen sobre la base de la cuantificación
234
de la carga. Maxwell y Millikan, entre otros, diseñaron métodos experimentales para
cuantificar la llamada “carga eléctrica”. A pesar de ser uno de los temas más importantes de
la teoría del electromagnetismo se aprecia el desconocimiento del mismo por parte de los
estudiantes. El 100% de los estudiantes no responden correctamente. El 66% de los
estudiantes NO reconoce, ni recuerda, tener referencia alguna a la cuantificación de la
carga y menos aún de forma experimental. Los que formalmente sostienen que no poseen
ninguna información al respecto es porque ni siquiera les es familiar hablar de
cuantificación, lo cual genera dificultades para comprender la distinción entre el carácter
discreto y el carácter continuo de la electrificación, más aún desde la visión de campos.
5a). Cuantificación como instrumento: El 33% de los estudiantes responden que SÍ tienen
referencia, pero su explicación es equivocada. Los estudiantes que afirman que SÍ tienen
alguna referencia sobre el tema, acuden a palabras como “es como el voltímetro”
(estudiante 5) o “el amperímetro” (estudiante 6), lo hacen porque de alguna manera estos
instrumentos miden aspectos relacionados con la electricidad, voltaje y corriente. Algunos
estudiantes incluso llegan a relacionarla con palabras modernas como “claro, el cuantum”
(estudiante 10) o “la carga o descarga de un capacitor” (estudiante 16) podría decirse que
por asociación entre los términos, lo cual muestra que también estos estudiantes presentan
dificultad. El cuestionario muestra como resultado que el 100% de los estudiantes no tiene
ninguna referencia a la cuantificación de la carga, ni teórica ni experimentalmente, lo cual
es preocupante.
Dificultades en las explicaciones de los estudiantes:
Las dificultades que se ponen en evidencia en las explicaciones dadas por los estudiantes
las podemos agrupar en tres grandes categorias:
a) pensamiento vitalista.
b) pensamiento sustancialista
235
c) pensamiento mecanicista
a) pensamiento vitalista
Esta es una característica que se hace explicita en explicaciones de los estudiantes que
consideran que los electrones se alteran, el poder aumenta con la frotación y los poderes de
cuerpos cargados se anulan entre si. Existe un cierto principio vital presente en los cuerpos
que se activa cuando este es frotado, el cual, genera un poder que tiene la capacidad de
atraer los objetos pequeños en su vecindad. Dicho poder para algunos estudiantes no tiene
límites, ya que entre mas se frote un objeto, mayor fuerza de atracción adquiere.
Recordemos que este pensamiento es similar al pensamiento de científicos como W. Gilbert
en la edad media, analizado anteriormente, para el que, la electrificación es una virtud que
poseen los cuerpos, tal que al ser frotados liberan un poder en forma de nube o atmosfera,
<efluvio>, con la que pueden atraer cuerpos livianos en su vecindad. La dificultad de este
modelo explicativo para dar cuenta de fenómenos como conducción e inducción, le llevó a
su desplazamiento histórico.
Para algunos estudiantes el poder de la acción guarda un cierto carácter sustancialista, en
tanto que la atmosfera eléctrica se propaga como algo que fluye entre los cuerpos. Lo
veremos más detenidamente en las explicaciones asociadas a fluidos.
b) Pensamiento sustancialista
Este modelo explicativo asocia el comportamiento de los electrones a una sustancia que
fluye entre los cuerpos. Los electrones portan la carga eléctrica y la transfieren de un
cuerpo a otro; son estos los que se chocan, se aniquilan, se mueven por entre los
conductores, son retenidos en los aislantes y se acumulan en ciertas regiones. Para algunos
estudiantes existe un sólo portador de carga que son los electrones, para otros existen dos
236
portadores de carga, los que portan cargas positivas y los que portan cargas negativas, que
son las que se encuentran y se anulan, para dar cuenta, por ejemplo, del principio de
conservación de la electricidad.
Este modelo explicativo presenta coincidencias con los modelos de explicación de Gray y
de Dufay, presentado en el análisis histórico, en tanto que para Gray el <efluvio> es una
sustancia que transporta la electrificación, mientra que para Dufay existen dos fluidos
responsables de transportar la carga. Sabemos que el carácter sustancialista de estos
modelos fue reemplazado, debido a la dificultad para dar cuenta, por ejemplo, por que
después de cierto tiempo la electrificación desaparece en un cuerpo frotado. Posteriormente
se reemplazó, por el de estado de electrificación, como modelo de explicación asociado a la
teoría de campos.
c) Pensamiento mecanicista
Este modelo de explicación se caracteriza por la asociación de la carga eléctrica a partículas
puntuales, electrones y protones. Quien actúa es la carga, ésta, una vez activada, interactúa
a distancia con otras cargas, produciendo efectos de atracción o repulsión; cargas iguales se
repelente entre si y cargas contrarias se atraen.
Este modelo explicativo guarda relación con el modelo clásico de acción a distancia entre
partículas dotadas de carga eléctrica, propia del modelo de Newton y defendido por
Coulomb y Ampere. Lo particular de este modelo de explicación es que el medio no
interviene, lo que resulta ser una dificultad para dar cuenta, por ejemplo, de la experiencia
referida a la acción inductiva, presentada en el análisis histórico.
Podemos asumir entonces que en los estudiantes se hacen presentes distintos modelos
explicativos, como los que acabamos de presentar, que mezclan indistintamente al
momento de dar cuenta del fenómeno eléctrico y no les permite tener una estructura
237
conceptual para posteriormente dar cuenta de los fenómenos electromagnéticos. Además,
no consideran la acción del medio en sus explicaciones, dificultad que se hace evidente al
querer explicar la conservación de la electrificación o la acción inductiva entre otras. Se
requiere hacer mas trabajo en propuestas que rescaten la importancia de modelos
explicativos en la perspectiva de campos en los procesos de formación.
7.4 Relaciones identificadas entre las explicaciones de los Estudiantes, los
libros de texto y el análisis histórico.
A partir del análisis histórico, las dificultades evidenciadas en los estudiantes y los libros de
texto relacionado con la electrostática, podemos considerar como relevantes los siguientes
aspectos:
a. Sobre la electrificación de los materiales – carga eléctrica
b. Sobre la conservación de la electrificación – ley de conservación de la carga
c. Sobre la comunicación de la electrificación- conductores y aislantes
d. Sobre la inducción eléctrica – inducción eléctrica
e. Sobre la cuantificación de la electrificación – cuantificación de la carga
a. Sobre la electrificación – carga eléctrica
Debemos empezar por considerar que las preguntas del cuestionario hacen referencia a la
electrificación en términos de la capacidad de poner en evidencia la virtud eléctrica de los
materiales, mientras que los libros de texto analizados hacen referencia a la carga eléctrica
en términos de una propiedad dada de la materia, “un cuerpo que está electrizado quiere
decir que posee carga eléctrica o bien esta cargado eléctricamente”.
Lo deseable desde el cuestionario aplicado es que los estudiantes den cuenta de que el
comportamiento eléctrico depende de los materiales u objetos utilizados, tal como se hizo
238
evidente en el análisis de W. Gilbert, el material frotado y el material con que se frota y no
de la fuerza con que se frotan los mismos. Si el estudiante comprende la triboelectricidad
puede caracterizar el comportamiento de los materiales (incluso como una afinidad para
captar electrones), pero el resultado del cuestionario pone en evidencia que no la
comprende. Las dificultades en las explicaciones de los estudiantes, que hemos analizado
atrás, están arraigadas en el modelo de partículas, donde el comportamiento eléctrico de la
materia es explicado en términos de movimiento y transferencia de electrones.
Los libros de texto analizados coinciden en caracterizar la carga eléctrica desde el modelo
atómico y dan cuenta de la electrificación como un problema de transferencia de electrones.
No hacen referencia al comportamiento de los materiales, no explican porque se suele
utilizar vidrio, resina, ebonita o ámbar en los experimentos más que otros materiales.
Solamente un libro (texto 2) hace referencia a la serie triboeléctrica, pero más como un
problema de ubicación de los materiales “por su afinidad para captar electrones” y lo hace
a través de una tabla llamada serie triboeléctrica, pero sin reconocer el material con el que
han sido frotados los materiales, aspecto fundamental de la triboelectricidad.
Podemos entonces considerar:
1) la construcción de la triboelectricidad fue relevante a nivel histórico para comprender
aspectos fundamentales del comportamiento de los materiales.
2) Si bien los estudiantes no tienen comprensión de la triboelectricidad, los libros de texto
estudiados tampoco la hacen parte de sus explicaciones, alguno la menciona pero no la
desarrolla.
3) Los estudiantes centran las explicaciones de la electrificación en procesos de
transferencia de electrones y los libros de texto estudiados tienen en común que hacen
referencia a carga eléctrica en términos de transferencia de electrones, desde la estructura
239
eléctrica de la materia y desde el modelo atómico de la materia. Ninguno aborda el
problema como comportamiento del medio, caracterizado en el análisis histórico.
3) Los estudiantes no consideran limites al flujo de electrones en un material frotado, en
muchas de las respuestas se aprecia que cuanto más se froten los materiales, mejor efecto
de atracción producen, porque mayor número de electrones son transferidos. Los libros de
texto no hacen referencia a límites en la “afinidad para captar electrones” o a la
“transferencia de electrones de un material a otro”, la experiencia es acomodada al modelo
de explicación que ofrecen, no tiene en cuenta el conocimiento cotidiano y no recurren a
experiencias históricas sobre la triboelectricidad.
b. Sobre la conservación de la electrificación – ley de conservación de la carga
Como se ha mencionado antes, Maxwell propone una experiencia con los electroscopios
para demostrar que el medio tiene que ver en los efectos observados. La condición eléctrica
es un estado del medio y no está centrada en los cuerpos. Los estudiantes tienen dificultad
para comprender el comportamiento del medio, por eso consideran en sus explicaciones
acciones a distancia entre cuerpos cargados o movimientos de electrones que chocan y se
anulan. Los libros de texto estudiados limitan el tema a la definición del principio o ley de
conservación de carga en términos de exceso o déficit de electrones pero cuya suma da la
carga total que debe ser siempre la misma. Los libros de textos suelen hacer referencia al
principio de conservación en términos de que la carga no se crea ni se destruye, pero
igualmente consideran dos clases de electricidad, la positiva y la negativa; no se manifiesta
en absoluto el problema planteado por Franklin sobre la cantidad de electricidad para dar
cuenta de la conservación de la electrificación en sus experimentos.
Es claro que en todos los libros de texto analizados no se asume como problema
fundamental el comportamiento del medio, solamente el texto de Tipler hace alguna
referencia al problema que involucra el comportamiento eléctrico de una partícula en el
240
espacio, pero la explicación termina por mostrar el campo como una creación de la carga e
incluso con capacidad de actuar en las partículas vecinas, pero el poder de la acción se
mantiene en “el cuerpo cargado” o en la partícula con carga inicial, contradicción puesta en
evidencia en el análisis del texto. En adelante los textos estudiados consideran el campo
como un ente matemático y dedican sus páginas a resolver ejercicios. Podemos entonces
considerar que:
1) El comportamiento asociado a la acción contigua entre las partículas del medio es
relevante para comprender el fenómeno eléctrico en la perspectiva de campos y avanzar en
la fundamentación del electromagnetismo.
2) Los estudiantes no consideran el comportamiento del medio, ni acuden al campo
eléctrico para explicar el comportamiento de los electroscopios. Los libros de texto
analizados consideran el campo eléctrico como una representación matemática sin
incidencia en las explicaciones de conservación de carga.
3) Los estudiantes piensan que las cargas se anulan por acción a distancia o por el
movimiento de los electrones. Los libros de texto definen la conservación de la carga en
términos del número total de electrones en un material y no hacen referencia a experiencia
alguna que se identifique con la definición.
c. Sobre la comunicación de la electrificación
El conocimiento sobre los conductores y aislantes es muy recurrente en la enseñanza de la
electrostática; sin embargo hay dificultades en la forma como los estudiantes consideran
que se comunica la electrificación. La comunicación es asumida desde el movimiento de
cargas eléctricas; cuando se frota un material los electrones se mueven de una región a otra.
La dificultad se hace evidente en que todo se vuelve movimiento de cargas, incluso en los
dieléctricos, en los que los electrones son arrastrados desde una región a otra. No
241
diferencian los conductores de los aislantes por las características de los materiales sino por
los electrones que portan.
Para los libros de texto analizados vemos que el asunto lo reducen a considerar que
“algunos materiales permiten el movimiento de carga de una parte del material a otra,
mientras que otros no lo permiten” Este tipo de afirmaciones que hacen énfasis en el
movimiento de carga, no consideran la importancia de la organización de los materiales; se
asume como conductor al que permite el movimiento de cargas y aislante al que no lo
permite “en muchos materiales tales como el cobre y otros metales, parte de los electrones
pueden moverse libremente en el seno del material, estos se denominan conductores, y en
otros materiales como la madera o vidrio, todos los electrones están ligados a los átomos y
ninguno puede moverse libremente, estos son denominados aislantes”. El análisis histórico
realizado ha mostrado que este tipo de afirmaciones son contrarias a la perspectiva de
campos, pues todo material permite el movimiento de cargas, ya sea muy pequeño o muy
alto dependiendo de las características de los materiales. Además, desde este tipo de
afirmaciones es complicado pensar en semiconductores.
Otro aspecto que se deriva del análisis de los textos es el tipo de experimentos realizados.
Decir que un material es conductor porque es metal y dieléctrico porque es vidrio no tiene
mayor significación para el estudiante. El electroscopio es utilizado como único referente
para justificar cuando la carga pasa a través de un conductor metálico. Este ejemplo es
típico de un experimento acomodado a la definición, ya que coincide exactamente con lo
que se afirma, pero si alguien preguntara, como lo hizo Dufay, ¿qué se puede decir
entonces del aire? el libro de texto no tiene elementos para responder.
Se puede considerar entonces que los estudiantes presentan una imagen del movimiento de
los electrones confusa, en tanto que, por una parte se pueden mover (debido a la frotación)
de un lugar a otro y por la otra no se pueden mover por el tipo de material en el que están,
pero conservan la carga, por lo tanto las respuestas asociadas al comportamiento de los
242
dieléctricos esta ajustada a una definición que no brinda elementos para contestar la
pregunta del cuestionario. Podemos entonces considerar que:
1) La comunicación de la electrificación es un referente fundamental para organizar la
experimentación en la perspectiva de campos.
2) Los estudiantes no asumen la comunicación de la electrificación, hacen referencia a
transferencia de electrones, pero no caracterizan los materiales y tampoco muestran
comprensión entre los materiales dieléctricos y conductores. Los libros de texto solamente
consideran la comunicación de la carga como el proceso de transferencias de electrones,
esto es conductores y aislantes.
3) Los estudiantes solamente explican los fenómenos en términos de movimiento de
electrones evidenciándose dificultad para dar cuenta de situaciones diferentes. Los libros de
texto no presentan experiencias para mostrar la relación entre conductores y aislantes,
solamente expresan definiciones.
d. Sobre la inducción eléctrica
La inducción eléctrica es un fenómeno eléctrico descubierto por Faraday que permitió el
desarrollo del electromagnetismo. Es un fenómeno que no se puede explicar desde el
modelo newtoniano de acción a distancia y en línea recta. Para explicarlo fue necesario
acudir al modelo de acción contigua y de allí surge la noción de campo eléctrico. Los
estudiantes tienen la falsa creencia de que existen dos formas diferentes para electrificar los
objetos, por inducción y por conducción. En principio ellas parecen excluyentes, la
inducción es a distancia y la conducción es por contacto. A medida que el cuerpo
electrificado se aleja, la acción inductiva disminuye y a medida que se acerca, aumenta,
mientras que si el cuerpo electrificado toca el otro objeto (electroscopio) le transfiere la
carga por conducción. La conducción implica permanencia de la carga y la inducción, no.
243
Las respuestas de los estudiantes al cuestionario muestran dificultad en que no pueden
identificar cuando hay inducción y cuando hay conducción, dado su esquema. La
experiencia de Faraday muestra que el objeto se puede mover libremente dentro del
recipiente metálico, sin embargo la lectura del electroscopio no cambia, permanece. Esto
puede parecer un caso de conducción eléctrica, pero no, Faraday considera que no es
posible diferenciar clara y distintamente cuando una acción es inductiva y cuando no. Los
libros de texto muestran como al acercar un objeto a otro le transmiten carga por inducción
(en algunos casos utilizan esferas) “al acercar a una de las esferas una barra cargada, los
electrones fluyen de una esfera a la otra, acercándose a la barra si esta se encuentra
positivamente cargada o alejándose si su carga es negativa” Esta presentación hace
referencia a la proximidad de la barra y no al contacto, además recurren al contacto con
tierra para producir otro efecto inductivo al que llaman “inducción por conexión a tierra”.
De acuerdo con las interpretaciones de los textos en términos de movimiento de electrones,
si hay movimiento por transferencia de electrones entonces hay conducción, pero si no lo
hay entonces es inducción. Para Faraday como el fenómeno se debe a una acción contigua,
no considera movimientos por transferencia de electrones. Los estudiantes no reconocen la
acción contigua.
e. Sobre la cuantificación de la electrificación
Uno de los aspectos centrales del electromagnetismo asociado a la noción de carga es la
cuantificación. El propio experimento de Coulomb fue posible porque consideró la
cuantificación de la carga, los experimentos de Maxwell permiten establecer claramente la
cuantificación de la electrificación e incluso tomarla como unidad de medida, los
experimentos de Millikan permitieron obtener valores de unidad de carga para el electrón.
El alto índice de estudiantes que no reconocen experimentalmente nada sobre
cuantificación de la carga refleja el desconocimiento que tienen de la electrostática; los que
vagamente recuerdan o asocian con palabras como voltímetro o amperímetro es porque
piensan que algo tiene que ver con la medida, pero no tienen claridad. ¿Por qué los
244
estudiantes no reconocen, ni se refieren a la cuantificación de la carga? Los libros de texto
estudiados dedican espacio a la cuantificación de la carga a partir del carácter discreto de la
materia y de su medida “la carga eléctrica aparece no en cualquier cantidad, sino en
múltiplos de una unidad fundamental o cuanto”, incluso se recurre al experimento de
Millikan, pero es vago e impreciso. Es importante anotar que la noción de cuantificación
que aparece en los libros de texto se aleja significativamente de la propuesta por Maxwell
en su teoría electromagnética, puesto que los experimentos que realiza lo llevan a
considerar la carga como un estado del medio y es precisamente ese estado el que se puede
cuantificar, no hay un carácter ontológico de la carga. Si los estudiantes no se apropian de
la información de los textos sobre la cuantificación de la carga es porque no resulta
relevante para ellos.
El siguiente cuadro presenta una síntesis de las relaciones existentes entre las explicaciones
de los estudiantes, los libros de texto y el análisis histórico. Se pone en evidencia las
dificultades que presentan respecto al análisis histórico establecido.
Síntesis de la Relación entre las Explicaciones de los Estudiantes y los Libros de Texto Respecto al Análisis Histórico
Fenómeno Estudiantes Texto1 Texto 2 Texto 3 Comentarios Electrificación de los cuerpos
-El numero de electrones permanece fijo - El numero de cargas positivas es muy grande - Hay una redistribución de los electrones - Hay alteración de las partículas - Por fuentes externas como el calor,
- Existen dos clases de carga eléctrica; dos estados de electrificación
- La carga es el exceso de electrones (negativo) y el déficit de electrones (positivo)
- Hay transferencia de “algo” de un cuerpo a otro. Ese algo hoy en día se conocen como electrones
Los estudiantes y los textos utilizan el modelo de electrones en sus explicaciones. Los estudiantes se basan en transferencia. Los textos presentan diferencias en este sentido No se reconoce el comportamiento de los materiales
Conservación de la electrificación
-Las cargas se equilibran o anulan - El alambre conduce las cargas al medio - Distribución uniforme de electrones en el alambre - Las partículas cargadas se transportan de un electroscopio al otro
- En cualquier proceso en un sistema aislado la carga total o neta no cambia
- La carga suma de los dos objetos no cambia
- Un cuerpo cargado es el que ha perdido parte de su contenido normal de electrones
Para los estudiantes la conservación no es problema de cantidad de carga sino de los efectos observados debido al flujo de electrones. Para los textos la conservación es un problema de cantidad de electrones La conservación es desde la perspectiva de campos un problema de equilibrio de estados
Comportamiento de los Dieléctricos
- Los electrones no se excitan - Los electrones si se excitan - Es una propiedad de los cuerpos - Existe carga opuesta a la de la región frotada
- Los átomos deben contener igual cantidad de carga negativa como positiva o en otras palabras igual numero de electrones y protones
- En la madera o el vidrio los electrones no pueden moverse libremente, son aislantes.
- La carga puede moverse en ciertos materiales y en otros no, de acuerdo con la estructura de la materia
- Tanto para los estudiantes como para los libros los dieléctricos se explican desde el movimiento de los electrones, aunque los estudiantes no diferencian cuando es electrificación por inducción y cuando es electrificación por conducción (que además es distinto a conductores) - los dieléctricos en la perspectiva de campos se comportan en acción
246
contigua - Los estudiantes asumen la carga como una propiedad de los cuerpos diferente al movimiento de los electrones. - Los libros de texto hacen referencia a carga y a electrones de forma indistinta
Inducción eléctrica - Hay inducción eléctrica - Hay conducción eléctrica
- No hay referencia a la inducción eléctrica
- Si las barras se retiran y las esferas se separan, estas quedan uniformemente cargadas con cargas iguales y opuestas - Si una esfera está en contacto con tierra, entonces al quitar la barra, la esfera queda cargada uniformemente negativa
- Algunos de los electrones excedentes en el plástico se transfieren a la medula de saúco - los electrones libres de la esfera metálica son repelidos y alejados por los electrones de la barra
- Tanto para los libros de texto como para los estudiantes no hay diferencia entre carga por inducción y carga por conducción, aspecto que si sobresale en las formas de comunicación a nivel histórico. - Para los textos el tema de los conductores es aparte de carga por conducción. La carga por inducción se hace a través de experimentos de acercar y alejar un cuerpo, pero cuya evidencia se mantiene en el objeto electrificado a través del comportamiento de los electrones. - para la perspectiva de campos la inducción no es una propiedad del objeto sino un comportamiento del medio.
247
Cuantificación - No hay información al respecto - Los voltímetros y los –amperímetros - El quantum
- La carga eléctrica no aparece en cualquier cantidad sino en múltiplos de una unidad fundamental o quantum -Se describe el experimento clásico de Millikan de la gota de aceite
- Todas las cargas observables se presentan en cantidades enteras de la unidad fundamental de la carga e - no hay experimento
- No hay referencia a la cuantificación de la carga - No hay experimento
- Para los textos la cuantificación de la carga lleva a pensar en el carácter discreto de la materia. - Para Maxwell la cuantificación era una forma de medir el estado de electrificación de los cuerpos. - Los estudiantes asocian cuantificación con medida pero con instrumentos. Los textos hacen referencia a unidad de carga “e”. la cuantificación no es información relevante para los estudiantes.
Tabla 5: Comparación entre los estudiantes y libros de texto de acuerdo al análisis histórico
248
7.5 Elementos para una Propuesta de Contenidos
7.5.1 Sobre la Propuesta
La propuesta es una manera alterna de introducir la visión de campos a partir de los
fenómenos eléctricos, desde la perspectiva constructivista. Se construyó sobre la base de
una teoría de los contenidos (Izquierdo, 2008 y 2005) pero con algunas modificaciones
necesarias. Partimos de considerar que el conocimiento científico es el resultado de una
intervención cognitiva y experimental que los científicos realizan de acuerdo con la
intención que los orienta. En este sentido se identifican las problemáticas y
experimentaciones a partir del análisis histórico – crítico, con una finalidad pedagógica.
Cuando se hace referencia a contenidos en la enseñanza de la ciencia se suele asumir que
estos se encuentran prefijados, decantados y organizados de forma inmodificable en alguna
parte. Para el caso de introducción al electromagnetismo seguramente los libros de texto
son el mejor referente. Con el trabajo realizado anteriormente lo que hemos demostrado es
que el conocimiento científico responde a un proceso dinámico, histórico y complejo. Los
contenidos pueden se vistos ahora como “formas de mirar” y explicar el mundo de acuerdo
con las intenciones que animan la acción educativa.
Para elaborar la propuesta me he apoyado en la sugerencia de Izquierdo (2005) en la que
propone cuatro aspectos a tener en cuenta:
1. Los objetivos
2. Los procesos epistemológicos
3. Los criterios
4. Los núcleos temáticos
Para construir los elementos de la estructura didáctica se ha hecho un esfuerzo por recoger
249
y recontextualizar, por una parte, lo que los historiadores de la ciencia nos ofrecen en un
momento dado y lo que dicen los propios científicos e investigadores en sus documentos.
Para hacer el estudio y selección de los episodios histórico y problemáticas, se
seleccionaron los científicos cuyos aportes permitieron orientar la propuesta didáctica en la
perspectiva de campos.
1. Los Objetivos
La propuesta propone responder a las posibilidades y condiciones de quien se inicia en la
actividad de organización, comprensión y explicación de los fenómenos electrostáticos. Se
concibe al estudiante desde una perspectiva constructivista, capaz de reflexionar sobre su
propio conocimiento y, con esto, al futuro profesor como una persona capaz de orientar el
proceso de construcción del conocimiento, capaz de transformar el conocimiento,
dinamizarlo e involucrar a los estudiantes en este sentido.
No se trata de presentar un desarrollo lineal ni acumulativo de la electricidad sino de
establecer núcleos o centros de interés en torno a los cuales se pueda abordar su
organización.
La propuesta tiene dos rasgos característicos que la diferencian de otras propuestas
alternativas para la introducción al electromagnetismo y que se configuran a partir de las
intencionalidades que animan su construcción. De una parte, se quiere generar las
condiciones y el contexto conceptual para que la indagación y elaboración de criterios
sobre la forma y factores que intervienen en la distribución de la electrificación en el
espacio entre los cuerpos electrificados se constituya en la problemática central en torno a
la cual orientar los esfuerzos de organización del fenómeno eléctrico; en este sentido, la
propuesta ha de considerarse como una primera fase en la organización del fenómeno
eléctrico en la perspectiva de campos, o, en otras palabras, como una introducción a la
electrostática en esta perspectiva.
250
En la propuesta que se presenta se establece una nueva relación frente al conocimiento que
permita construir los conceptos de electricidad de manera significativa. Dentro de un
enfoque constructivista se aborda el conocimiento como una construcción significativa de
explicaciones, en la que se pone de presente una imagen de ciencia como actividad cultural.
En este enfoque el compromiso no es con las teorías o modelos de explicación
establecidos, sino con el conocimiento mismo. En este sentido se hace posible tomar
distancia frente a los modelos explicativos y entrar a analizar la experiencia misma. Tener
este distanciamiento frente a las formas explicativas usuales permite establecer que las
verdades no son reveladas por la autoridad del modelo, sino que ellas se construyen en la
medida que podemos validar nuestras formas de organización y socializarla en el contexto
cultural en el que nos movemos. En la enseñanza tradicional esta dinámica no es posible ya
que la organización viene dada por el modelo explicativo y la actividad cognitiva se reduce,
en el mejor de los casos, a explicar situaciones desde el modelo y por lo tanto no genera
inquietudes frente a la experiencia como tal.
De otra parte, se pretende generar condiciones para involucrar a maestros y estudiantes en
la actividad de organizar, construir y ampliar el conocimiento en torno al fenómeno
eléctrico, posibilitar la confrontación con la experiencia misma, la elaboración de criterios
de organización y de construir explicaciones, así como el establecimiento de una relación
“dialógica” con los diferentes textos que informan sobre dicho fenómeno. Así pues, en la
propuesta se ha hecho un especial énfasis en los procesos (más que en los resultados). Por
ello se ha tenido en cuenta lo que es posible hacer en cada etapa; en particular, un cuidado
especial se ha puesto en los medios de producción y observación de nuevos efectos en la
realización de las diferentes actividades “experimentales”. Estos deben ser expresiones de
la comprensión lograda hasta el momento sobre el fenómeno (en otras palabras, los
instrumentos y aparatos utilizados deben ser comprensibles para quienes las utilizan); se
garantiza, así, que sea posible la interpretación de los efectos observados y avanzar en el
proceso de ampliación y organización del fenómeno. Con el avance en el proceso se espera
ir logrando un mayor control y “eficiencia” en la producción de los efectos deseados. En
síntesis, se busca que las actividades propuestas para abordar los fenómenos electrostáticos
251
permita a los estudiantes:
a. Enriquecer su experiencia sensible.
b. Extraer a partir de la experiencia conclusiones que le sean significativas.
c. Lograr un mayor control en la producción de efectos.
d. Organizar una imagen en torno a lo electrostático en la perspectiva de campos.
e. Posibilitar explicaciones ligadas a la experiencia misma.
f. Contrastar y validar su conocimiento del fenómeno en grupos y con la información que
circula.
2. Los procesos Epistemológicos
Se ha tenido especial cuidado en orientar la propuesta de tal manera que la perspectiva de
campos surja de forma natural en el proceso de enseñanza y aprendizaje, para ello se ha
tenido en cuenta los siguientes aspectos de la concepción de campos:
a. Los procesos y cambios no se efectúan únicamente en los cuerpos materiales; el espacio
existente entre ellos también es sede de los cambios.
b. Se puede pensar en un medio continuo (ya sea espacio o medio material) donde los
cuerpos pueden asumirse como regiones del medio que tienen “propiedades” diferentes de
las que están desprovistas de materia (vacío); la diferencia no es de naturaleza o cualidad
sino de magnitud o cantidad.
c. Lo que acontece en un lugar es debido a lo que está en ese lugar y no debido a algo que
se encuentra en otra parte. Visto así, la electrificación no es una propiedad referida a los
cuerpos sino que es un comportamiento del medio continuo que llena todo el espacio (o del
espacio como tal) que se distribuye a todas sus regiones o partes.
d. Es necesario considerar que la acción inductiva es una acción que se propaga en el medio
252
circundante. Electrificar un objeto es perturbar una cierta región del medio que se encuentra
en un estado de tensión; así pues, electrificar el medio es cambiar su estado de tensión.
e. Sólo es posible pensar que la electricidad se conserva si existe una cierta condición de
equilibrio, pero para que se de el equilibrio se necesitan dos partes, dos clases de
electricidad con poderes iguales y contrarios.
f. La electrificación es asumida como un modo de estar, más que como una propiedad
inherente a la materia
g. La carga pierde todo carácter ontológico y es interpretada como medida del cambio de
estado de electrificación
3. Los Criterios
Como vimos en el análisis realizado, la presentación que usualmente aparece en los libros
de texto mencionan experiencias sobre electrostática, pero sin embargo es poco lo que se
explora del fenómeno eléctrico a partir de ellas, ya que a continuación se introduce un tipo
de explicación en torno al comportamiento atómico de la materia y, por lo tanto, se aleja de
la experiencia misma o no la tiene en cuenta.
Se pretende a partir de esta propuesta que el estudiante se acerque fenomenológicamente a
la concepción de campos, que pueda experimentar y debatir sobre los fenómenos
planteados. En este sentido consideramos que el estudiante posee formas de explicar y
validar su pensamiento.
La propuesta es de corte constructivista. Se espera que el estudiante pueda construir formas
de organizar la experiencia, contrastar con los modelos explicativos existentes y avanzar en
la caracterización retórica del fenómeno.
253
4. Núcleos temáticos
Los núcleos de temáticos que permiten explorar el fenómeno electrostático en varios
aspectos y con los cuales se busca proveer las condiciones en los sentidos arriba planteados
son:
a. Comportamiento de los materiales debido a la frotación
b. Comunicación de la electrificación y formas de comunicación
c. Efectos mecánicos entre cuerpos electrificados y clases de electrificación
d. La acción inductiva electrostática
e. Conservación y cuantificación de la electrificación
7.5.2 Organización y secuencia de Actividades
A continuación se presenta la sugerencia de organizar y presentar los núcleos de
actividades para introducir el fenómeno eléctrico en la perspectiva de la teoría de campos.
(García E, 1999).
A. Comportamiento de los materiales debido a la frotación
Si bien vivimos en un mundo donde la electricidad es recurso fundamental, las
experiencias más cercanas sobre electrostática que tenemos acceso son limitadas: La
pantalla del televisor, el peine frotado, la fotocopiadora…las que suelen presentar los
textos, están relacionadas con la frotación entre dos objetos; experiencias comunes como
atraer papelitos, frotar barras entre si, observar chispas cuando una persona se quita una
prenda de seda, sentir chispas en la pantalla del televisor cuando está encendido, son
algunos ejemplos que hacen referencia a la electrificación. En adelante la experiencia se
pierde y el conocimiento se hace abstracto.
Para empezar, es necesario explorar el comportamiento de los materiales al ser frotados. La
254
experiencia más antigua y cercana que hace referencia a la electrificación es la frotación de
los cuerpos (retomando así los planteamientos y problemáticas propuestas por Gilbert).
Cuando se frotan dos objetos entre sí, se establece que ellos evidencian electrificación
porque adquieren la virtud o capacidad de atraer otros objetos más pequeños y sensibles
que se encuentren en su vecindad. Consideramos entonces la exploración del
comportamiento eléctrico de los materiales a partir de la frotación. La planteamos pues,
como el centro de actividades desde el cual iniciar la organización y ampliación del
fenómeno eléctrico.
Estas actividades se pueden articular en relación a aspectos tales como: - Materiales que permiten evidenciar mayor fuerza de atracción.
- Las diferencias entre este fenómeno y aquellos que también se caracterizan por exhibir
efectos atractivos.
- Construcción de detectores más sensibles.
Exploración de materiales y fuerzas de atracción
Haciendo un reconocimiento del trabajo de Gilbert para diferenciar entre los fenómenos
eléctricos y magnéticos, se encuentra fundamental hacer exploración del comportamiento
de distintos materiales respecto a la frotación. Un trabajo de experimentación cualitativa
con materiales de uso común como el vidrio, pasta, papel, plástico, seda, acetato, metal…o
materiales de uso frecuente en laboratorios como ebonita o ámbar para comparar la fuerza
de atracción que ellos manifiestan cuando son frotados con otro material como por ejemplo
paño, lino, seda…lo cual permite hacer una primera organización de los materiales de
acuerdo a la forma como evidencian electrificación, por ejemplo, al acercarlos a un sensible
detector (la necesidad de mejorar el detector para evidenciar efectos más sensibles se hace
simultanemente con la exploración de los materiales, es más, la calidad de las
observaciones está en relación directa con la sensibilidad del detector). La experiencia
como tal debe ir acompañada de preguntas orientadoras que permitan ampliar la
255
comprensión del fenómeno, por ejemplo:
¿Cuáles serían los criterios para organizar los materiales de acuerdo con su grado de
electrificación?
¿Qué sucede con el grado de atracción si el material con el que es frotado el objeto se cambia?
¿Es posible que cualquier objeto de la naturaleza, al ser frotado, adquiera también la virtud
de atraer?
Es importante destacar que se hace un reconocimiento del material con que se frota, aspecto
que no suele ser considerado en los libros de texto. En este sentido es posible, a partir de
este tipo de cuestionamientos, construir por ejemplo un cuadro donde se registren los
efectos observados al frotar distintos materiales. Una posible manera podría ser la
siguiente: registrar con el mejor detector posible comportamientos que corresponden a
efectos de atracción que puede ser buena, regular o mala, lo cual da la posibilidad de hacer
una primera organización del comportamiento de los materiales.
Tabla del comportamiento eléctrico de los materiales
Material frotado Material con que se frota Efecto de atracción
Bueno Regular Malo
Tabla 6: Comportamiento de materiales
Se puede completar el cuadro utilizando todos los materiales disponibles, vidrio, ebonita,
resina, caucho, corcho, acetato, seda, ámbar, goma, papel, madera, parafina, espuma, tela...
256
y todos los metales. Recordemos que incluso Cardano utilizó raíces, agua, aceites… los
cuales, incluso, pueden funcionar como detectores.
Para avanzar en la organización del fenómeno se consideran relevantes preguntas
orientadoras más precisas como por ejemplo:
¿El grado de electrificación del material depende del frotamiento? Esto es ¿mayor fuerza de
frotamiento garantiza mayor electrificación? (Pregunta que, a propósito, fue considerada en
la fase de exploración con los estudiantes)
¿Para observar electrificación siempre es necesario frotar? o es posible observar
electrificación solamente por el contacto entre dos materiales?
¿Qué se espera que suceda si se frota un material consigo mismo, por ejemplo vidrio con
vidrio?
¿En qué medida el material con que se frota afecta el registro?
¿Qué sucede con los metales respecto al grado de atracción? Recordemos que Gilbert los
consideró no eléctricos, por que no podía observar efectos sensibles en ellos; en cambio
Dufay, si lo hizo.
En esta primera fase de experimentación cualitativa se espera que se pueda hacer relevante
para los estudiantes aspectos como los siguientes:
1- Que en principio, todos los materiales de la naturaleza se pueden electrificar, solamente
que unos lo hacen mejor que otros.
2- Que el mayor o menor grado de atracción depende de los materiales que son frotados
entre sí y no de la frotación misma.
257
3- Que los metales requieren de ciertas condiciones (como puede ser estar aislados) para
poder registrar efectos observables.
4- Se puede obtener una selección de los mejores materiales cuyo grado de atracción sea el
mayor posible para ser utilizados posteriormente.
Con este forma de presentación se abre todo un abanico de posibilidades de indagación
sobre el comportamiento de los materiales: extraer a partir de la experiencia conclusiones
que sean significativas, enriquecer la experiencia sensible del estudiante, empezar a
organizar una imagen en torno a lo electrostático, posibilitar explicaciones ligadas a la
experiencia misma y contrastar su conocimiento del fenómeno con otras formas de
conocimiento tradicionalmente aceptadas.
Es importante mostrar que en la presentación que hacen usualmente los libros de texto
analizados no se considera relevante explorar el comportamiento de los materiales. En ellos
se asume tácitamente la existencia de dos tipos de carga eléctrica en la naturaleza. Aunque
suelen utilizar ebonita y ámbar para establecer esta caracterización, no justifican por qué,
por ejemplo, el ámbar es un buen material, o por qué no utilizan metales para ello.
Tampoco suelen mencionar con que otro material fue frotado, ya que para este tipo de
presentaciones el material con que se frota no cuenta.
También es importante tener presente que aquí se asume la “atraccion”. como efecto
fundamental para evidenciar electrificación, En principio los efectos atractivos son debidos
a manifestaciones eléctricas de los cuerpos, aunque se diferencia de otros efectos atractivos
como el de los imanes (como lo hizo Gilbert) o los gravitacionales, por razones que vermos
mas adelante. En la presentación de los textos no se tipifica ningún efecto, solamente se
menciona la atracción y la repulsión para diferenciar tipos de electricidad.
258
Distinción con otros fenómenos que exhiben efectos atractivos Este aspecto problemático remite a hacer un estudio comparativo entre el fenómeno de electrificación (tal como es entendido en el momento en cuestión) y el comportamiento de los imanes o de la tierra y los cuerpos en su vecindad. Y se podría plantear en los términos siguientes: se suele afirmar que sabemos que un cuerpo está electrificado porque atrae papelitos, que un cuerpo es un imán porque atrae limaduras, pero por ejemplo una aguja imantada colocada sobre un soporte, con posibilidad de giro, es atraída tanto por un imán (o la misma tierra), como por una barra frotada de ebonita, en principio ambos efectos son atractivos. Incluso la caída de una piedra se asume como en efecto atractivo. ¿Cómo saber si cuando un cuerpo cae, la tierra no está actuando como un imán o está electrificada? El abordar el problema exige avanzar en la caracterización de estos tres tipos de fenómenos y sacar a la luz los argumentos para establecer las diferencias entre ellos. Solamente en la distinción entre lo eléctrico y lo magnético Gilbert tuvo que hacer un gran esfuerzo para demostrar que son fenómenos distintos. Faraday intentó conectar los fenómenos eléctricos con los gravitacionales sin éxito. Los estudiantes por su parte suelen confundirlos y mezclarlos en sus explicaciones (véase las respuestas a los cuestionarios). Los libros de texto no presentan distinción entre estos fenómenos sino que los presentan ya como fenómenos diferentes; suelen más bien relacionarlos entre sí a partir de analogías para mostrar que tienen comportamientos y leyes comunes, por ejemplo la ley de Coulomb y la ley gravitacional de Newton… Un estudio de las distinciones entre estos fenómenos, por lo menos de los magnéticos, se puede hacer a partir del reconocimiento de centros de atracción en unos y otros (los polos magnéticos son los centros de atracción en los imanes, mientras que los objetos frotados no tienen polos), de los materiales atraídos por los imanes y por los cuerpos frotados (todos los cuerpos pueden ser atraídos, como lo consiguió Cardano) y de la frotación misma (los imanes no requieren ser frotados para evidenciar efectos atractivos).
Construcción de detectores sensibles
Usualmente, en los laboratorios se suele considerar como detector el electroscopio, el más
conocido es el de paneles de oro que se basa en la repulsión eléctrica, aunque no la
259
justifica.
Para nuestro interés la importancia conceptual del detector va mas allá de ser un
instrumento para registrar efectos sensibles, es llegar a considerarlo como una región del
medio electrificada. Para ello empezamos explorando los materiales.
¿Qué hacer para mejorar el efecto de atracción? Faraday destaca que en cualquier situación
“el cuerpo que atrae es también atraído” (Faraday, 1843) lo cual implica resolver el
problema de explorar si en principio todos los materiales se dejan atraer y qué materiales
pueden ser atraídos más fácilmente, explicitar los criterios que han de tenerse en cuenta
para lograr mejores efectos y así orientar el diseño del detector. Construir detectores resulta
entonces un interesante ejercicio de exploración de materiales. Un ejemplo sencillo de
detector sensible lo planteó Faraday al emplear una fina hebra de hilo metálico suspendida,
también llegó a utilizar los propios materiales frotados al suspenderlos de un estribo de
papel, lo que le da movilidad horizontal. También resalta como obtener soportes que
permitan una mejor movilidad: el vidrio convexo de un reloj, tiras de papel en forma de
aro…
Para nuestro caso es importante prestar atención a la construcción de detectores que tengan
bastante sensibilidad y permita obtener buena atracción. Un ejemplo puede ser el diseño y
construcción del Versorium de Gilbert, para ello se debe tener presente aspectos como:
movilidad, giro, liviandad y material.
Se espera que, como consecuencia de esta exploración, se llegue de manera natural y
organizada a la utilización de electrómetros y electroscopios. Se puede avanzar en un
proceso de calibración para transformalos en instrumentos para detectar y medir
electrificación.
A partir de esta exploración se puede considerar como relevantes los siguientes aspectos en
la perspectiva de campos:
260
1. En principio todos los materiales pueden ser atraídos.
2. Los metales evidencian los mejores efectos.
3. Todo cuerpo que atrae puede ser también atraído.
4. Los fenómenos eléctricos se comportan de manera distinta de otros fenómenos atractivos
B. Comunicación de la electrificación y formas de comunicación
El comportamiento de los materiales al ser frotados sugiere otro tipo de preguntas y
actividades respecto a la frotación misma. Recordemos que para Gray y Dufay la frotación
llevó al concepto de comunicación de la electricidad, por conducción y por inducción, lo
que además permite avanzar en la elaboración de un modelo de explicación que involucre
la distribución de la electrificación en la propuesta de campos.
Tal vez una pregunta orientadora de este grupo de actividades es:
Se observa que cuando frotamos un material y lo acercamos a un detector, éste se dirige en
principio a la región del material que ha sido frotada, pero ¿Qué sucede con el material en
las regiones en que no ha sido frotado? (pregunta que, a propósito, fue planteada a los
estudiantes)
Surge entonces la posibilidad de explorar los centros de atracción en los diferentes
materiales y poner en evidencia que la electricidad se comunica, lo que se hace relevante
para la perspectiva de campos. Puede ser comunicación en un mismo material o materiales
puestos en contacto. Veamos.
Comunicación de la electrificación
Para explorar la comunicación de la electrificación se pueden organizar tres tipos de
experiencias posibles:
261
- Analizar la electrificación a medida que nos alejamos de la región frotada en un mismo
material.
- Analizar la electrificación a medida que nos alejamos de la región frotada en dirección a
otros materiales que están en contacto con el frotado o, cuando se ponen en contacto
después de la frotación, y
- Analizar la electrificación a medida que nos alejamos del material frotado en dirección al
aire como otro material.
Comunicación en un mismo material
Preguntas orientadoras de este tipo de núcleo de actividades pueden ser:
¿La evidencia de atracción es una característica exclusiva de la región frotada?
¿Qué sucede con el indicador a medida que nos alejamos de la región frotada a lo largo del
mismo material?
Al acercar el objeto frotado al detector o viceversa, éste se dirige siguiendo una cierta dirección, que usualmente corresponde a la región del objeto que ha sido frotada, pero a medida que nos alejamos de la región frotada se observan comportamientos que se pueden explorar. Un ejemplo podría ser acercar lentamente el material al detector (que puede estar fijo) por diferentes regiones cercanas y lejanas a la región frotada. Se debe ser muy cuidadoso para hacer registros dado que los efectos suelen ser debiles, debido a que los efectos de atracción por frotamiento se observan a distancias muy cortas, entonces es importante seleccionar materiales cuyo grado de atracción sea bueno, comparado con los demás, a partir de la tabla construida. Ahora es posible explorar el comportamiento de la electrificación en esas regiones que
podríamos llamar centros de electrificación y compararlos (de acuerdo al grado de
atracción) con los de otros materiales al ser frotados.
262
Con este tipo de experiencias se posibilita que el estudiante pueda establecer que la
electrificación no reside solamente en la región frotada sino que también se comunica a
diferentes regiones que se encuentran en la vecindad, evidenciándose en ellas distintos
grados de atracción. La idea de que el movimiento del detector no es producido por la
electrificación de un cuerpo distante sino por la de la región del medio donde se encuentra
comienza a ser posible. Los libros de texto no reconocen la comunicación en un mismo
material, solamente diferencian los materiales entre conductores y aislantes o dieléctricos.
Comunicación en varios materiales
Establecer que la electrificación se comunica a regiones vecinas del mismo material,
posibilita preguntarse directamente por otros materiales en contacto. Una pregunta
orientadora puede ser:
Si tenemos un objeto conformado por dos o más materiales diferentes puestos en contacto y
frotamos uno de ellos ¿se espera que ocurra algo con la electrificación en los otros
materiales?
Dos ejemplos a manera de sugerencia pueden ser los siguientes:
1) Se tiene una barra de resina en contacto con corcho. Si se frota la resina en una región
cercana al contacto, se observa que al acercar el objeto (resina-corcho) al detector, éste es
atraído tanto a la resina como al corcho. También se observa que el grado de atracción es
mayor en la parte de la resina que fue frotada que en el corcho, en el que el grado de
atracción observado es bastante pequeño.
2) Se tiene una barra de resina en contacto con metal (ejemplo cobre). Al repetir el ejercicio
anterior, se observa que el detector es atraído tanto a la resina como al metal. Pero a
diferencia del ejercicio anterior, se encuentra que el grado de atracción en el metal es
aproximadamente igual en las distintas regiones que lo componen.
263
Teniendo como referencia estos ejemplos las siguientes preguntas se hacen relevantes:
¿Si se aumenta o disminuye la cantidad de material en contacto, cambia el grado de
atracción?
¿Si la forma de los materiales se modifica, el grado de atracción se afecta? (por ejemplo
que terminen en forma de punta)
Preguntas que pueden llevar de forma natural a la organización de materiales de acuerdo a
la calidad de la comunicación que registran. En este caso los metales (cobre) comunican
mejor que el corcho.
Experiencias que pueden ser consideradas como extensión de las anteriores son, cuando se
tienen por ejemplo tres o más materiales en contacto: por ejemplo, vidrio-pasta-plástico y
observar el comportamiento de la electrificación en la pasta y el plástico ¿hay evidencia de
electrificación?
¿Qué pasa si se cambia el orden de los materiales?
Una segunda situación se puede establecer cuando se frota inicialmente el material y luego
se pone en contacto con los otros dos materiales. Al igual que en la situación anterior se
trata de indagar qué sucede con la comunicación de la electrificación en los cuerpos puestos
en contacto. Por ejemplo frotar resina y luego ponerla en contacto con el corcho y luego
este en contacto con cobre ¿la evidencia de la electrificación en el cobre se modifica? Al
realizar este tipo de experiencias se puede explorar cómo se presenta la comunicación de la
electrificación en diferentes materiales y su alcance.
Comunicación de la electrificación en el aire
Al considerar que en principio la electrificación se comunica a todos los materiales en
264
contacto, es de esperarse que se comunique al aire, ya que cumple con el requisito de ser un
material en contacto. El aire es un material más del medio y por lo tanto debe evidenciar un
comportamiento como lo hacen los otros. Es posible en este sentido preguntarse cómo se
comporta el aire (e incluso los gases y el vacío) frente a la electrificación; analizar, por
ejemplo, la comunicación de la electrificación cuando se tienen más de dos materiales en
contacto, siendo uno de ellas el aire. Al respecto, las siguientes preguntas son orientadoras:
¿De qué manera se modifican los registros observados si se cambian materiales en contacto
por aire?
¿En qué condiciones el aire resulta ser un buen material en contacto?
¿Es posible evidenciar la electrificación misma del aire?
Un caso particular podría ser comparar el comportamiento de tres materiales en contacto;
por ejemplo, resina-corcho-cobre y luego cambiarlo por resina-aire-cobre. ¿Se espera que la
electrificación en el cobre se modifique o permanezca igual? Si después el cobre se aleja
más de la resina ¿De qué manera la distancia o cantidad de material interpuesto afecta los
registros?
Se pueden realizar experiencias en condiciones de aire diferentes: aire seco y aire húmedo,
y registrar su comportamiento; también cambiar el aire por gases, por vacío, incluso por
agua o aceites.
Involucrar el aire en el comportamiento eléctrico de los materiales permite avanzar en la
organización del fenómeno en la perspectiva de campos. Establecer el aire como un
material más en contacto implica asumir el medio como un todo, donde las distintas
regiones se diferencian entre si solamente por sus comportamientos. Podemos así
configurar el medio eléctrico como un todo compuesto de regiones (materiales). La
construcción de experiencia sensible resulta aquí significativa para organizar el fenómeno
eléctrico en la perspectiva de campos tras reconocer que, en principio, la electrificación se
comunica a todas las regiones del medio vecinas a la región frotada; no importa el material
265
utilizado, solamente la calidad de la comunicación sí depende del tipo de material utilizado,
así como de la cantidad del material puesto en contacto. Esta organización sugiere una
nueva imagen de la electrificación: ésta deja de ser relativa a los cuerpos para pasar a
referirse al estado de un medio continuo no homogéneo, donde los cuerpos como tales se
constituyen en regiones del mismo. Al ser perturbado el medio por la frotación, evidencia
una electrificación que se comunica a las diferentes regiones que están en la vecindad de la
región frotada y de éstas a sus vecinas y así sucesivamente, haciéndose, en general cada vez
más débil a medida que nos alejamos de ella. De ésta manera la experiencia que se ha
construido nos lleva a establecer que la electrificación no se limita a la región frotada, sino
que se comunica a regiones vecinas y que su distribución depende de los materiales que
conforman el medio. Se perfila así una imagen que es consecuente con una visión de
campos y que contrasta con la que un estudiante puede formarse a partir de las
presentaciones usuales del fenómeno eléctrico.
Por otra parte, establecer que el aire es una región más del medio que evidencia
electrificación, obliga a repensar la imagen que se tiene del detector, que inicialmente era
considerado como un elemento de indicio de evidencia de electrificación en los materiales.
En este momento él mismo se convierte en una región más del medio electrificada. Por lo
tanto aparece una relación entre dos regiones del medio electrificado cuyo efecto
observable es de atracción entre ellas. De esta manera es posible comenzar a pensar que la
electrificación no se encuentra concentrada en el centro de un cuerpo: ella permea todo el
medio y por lo tanto es posible evidenciarla en distintas regiones.
La preocupación por la electrificación de los materiales puestos en contacto no es
considerada en los libros de texto analizados; si bien éstos suelen hacer mención de
materiales buenos y malos conductores no exploran el comportamiento de los mismos
cuando están en contacto y tampoco consideran el comportamiento del aire que únicamente
se asume como un dieléctrico en ciertas condiciones y como conductor en otro. Además, en
los textos se asume la electricidad como concentrada en un cuerpo (cuerpo con carga
eléctrica) y el detector como un cuerpo neutro, dificultad que se hace insostenible cuando
266
se refieren posteriormente a campo eléctrico.
Con este núcleo de actividades es posible establecer ahora una organización en torno a la
comunicación donde resulten relevantes aspectos como:
1- La electrificación es una cualidad que se comunica entre cuerpos
2- La manera como se distribuye la electrificación depende de los materiales que
conforman el medio
3- La manera como se comunica la electrificación hace que se evidencie una
distribución no homogénea a las distintas regiones vecinas.
4- Hay materiales en donde la comunicación es mejor que en otros.
5. Se puede establecer centros de electrificación en regiones de los materiales en los
que se comunica la electrificación
6- Si el comportamiento eléctrico de un objeto puede estar asociado al comportamiento
de diferentes materiales puestos en contacto, entonces podemos considerar el objeto
como una región del medio conformado por diferentes materiales.
7- La electrificación se presenta entre regiones del medio, por lo tanto los efectos de
atracción se presentan entre regiones electrificadas
La propuesta hasta aquí organizada busca que el tipo de experiencias realizadas permitan
establecer que la electrificación se distribuye hacia regiones de un mismo medio pero que
son de distinto material. En este sentido desaparece el criterio tradicional utilizado por los
textos analizados de que la carga eléctrica reside en los cuerpos; la electrificación no se
encuentra concentrada en el centro de un cuerpo, ella permea todo el medio y por lo tanto
es posible evidenciarla en distintas regiones. Este medio más adelante lo empezamos a
asociar como el campo que al ser perturbado por la frotación distribuye la electrificación
en las distintas regiones, sean estas del mismo material o materiales diferentes.
Formas de comunicación de la electrificación: Inducción y Conducción
267
Considerando entonces que la electrificación se comunica entre regiones del medio, es
posible ahora explorar formas de comunicación. El comportamiento del aire se torna
relevante. Recordemos que el aporte de Dufay es el más interesante para este propósito por
la manera como construye el fenómeno inductivo.
Una pregunta orientadora de este nucleo temático puede ser:
¿En qué medida la cantidad del material en contacto afecta la comunicación de la
electricidad?
Dos situaciones se pueden presentar cuando se tienen materiales en contacto, entre ellos el
aire, (en este núcleo de actividades es posible ahora utilizar el electroscopio como región
del medio en contacto)
1. Cuando el material frotado se acerca y aleja del metal (se interponen diferentes
cantidades de aire) (influencia)
2. Cuando el material frotado se acerca lo suficiente o toca el metal (se interpone poca
cantidad de aire) (contacto)
La experiencia permite identificar dos comportamientos diferentes. En el primero, la
evidencia de electrificación en el electroscopio desaparece cuando el material frotado se
aleja, solamente hay influencia mientras está presente. En el segundo la electrificación se
mantiene, no importa si el material frotado se aleja. De esta manera se puede afirmar que
las cantidades de aire interpuesto alteran la comunicación de la electrificación,
evidenciándose dos formas diferentes: inducción en el primer caso y conducción en el
segundo.
Estas experiencias están mutuamente interrelacionadas y ponen de manifiesto dos formas
de comunicación de la electrificación: una, donde la electrificación de la región examinada
268
(en nuestro caso el electroscopio) es dependiente del medio interpuesto entre el centro de
electrificación (material frotado) y ella, y la otra, en la que la electrificación es
independiente del medio interpuesto.
Para el segundo caso se puede establecer que la región examinada (puede ser un pedazo de
metal aislado o un electroscopio) se convierte en un nuevo centro de electrificación y deja
de ser la frotación el único.
Es posible en adelante explorar estas formas de comunicación reconociendo que es el
medio mismo que manifiesta este comportamiento. Se puede remplazar el aire por otros
materiales y observar comportamientos: ¿se comporta el aire igual o diferente a los gases en
la comunicación de la electricidad? ¿En el vacío es posible obtener electricidad por
influencia? Si cambiamos aire por cera ¿se mantiene la influencia?
Es claro que las cantidades interpuestas de material afectan el comportamiento eléctrico de
otros como sucede en el caso de la inducción por influencia; sin embargo es posible indagar
si dichas cantidades afectan lo mismo en los distintos materiales, mediante actividades
como las siguientes:
Dados inicialmente un cuerpo electrificado por frotamiento y otro separado de éste por aire
y ubicado a una cierta distancia de modo que evidencia signos de electrificación; sin
cambiar la disposición de los dos cuerpos (manteniendo la misma distancia entre ellos),
ensaye formas de alterar la distribución de electrificación en el medio (que aumente la
electrificación en zonas donde los signos de electrificación eran indetectables; que
disminuyan en unas y aumenten en las otras). Para ello es posible producir, describir y
caracterizar situaciones como la que se sugiere:
a) Dos cuerpos metálicos (electroscopios) electrificados incialmente por inducción, luego
se unen mediante un alambre conductor y luego se separan.
269
b) Los cuerpos metálicos, ahora unidos previamente mediante un alambre conductor, se
electrifican por inducción y luego se separan. Y,
c) Los anteriores, pero ahora los cuerpos metálicos están electrificados por conducción
Un caso particular que permite abordar este punto, puede ser la siguiente experiencia: sea
<A> ebonita frotada, <B> aire, <C> un electroscopio y <D> alambre.
Cuando se tiene <A> <B> y <C> en contacto, se observa que el grado de electrificación de
<C> depende sensiblemente de la cantidad de <B> que se interpone, establecida en
términos la distancia que los separa (inducción). Cuanto más cerca, mayor evidencia.
Cuando se remplaza <B> por <D> el efecto observado en <C> no cambia sensiblemente al
variar la longitud de éste (conducción), lo que muestra que en un caso la cantidad
(distancia) parece afectar y en el otro caso, no afecta.
También es posible notar que cuando <D> es nuevamente sustituido por <B>, la
electrificación de <C> ya no se afecta; cosa que sí ocurre en el caso contrario.
Conclusión: mientras que la cantidad de aire afecta el comportamiento, la cantidad de
alambre no lo afecta sensiblemente.
¿Qué puede suceder con otros materiales como cera por ejemplo? ¿Es acaso la inducción
una condición previa a la conducción?
Aunque en principio es posible dar cuenta de dos formas de electrificación, también
encontramos experiencias en las que hacer esta distinción no es trivial. Una experiencia que
aporta elementos en esta dirección y además permite plantear nuevos interrogantes,
sugerida por Maxwell y recontextualizada para la propuesta es la siguiente:
270
Se tienen dos objetos metálicos (en nuestro caso pueden ser electroscopios) conectados
entre si por medio de un hilo (también metálico), electrificados por inducción con un
material frotado. Es claro que al retirar el material frotado, los electroscopios regresan a su
estado inicial. Pero si se desprende el hilo primero, y luego se retira el material frotado,
entonces ocurre que los electroscopios quedan electrificados por conducción. Finalmente, si
en esta situación se conecta nuevamente el hilo entre los electroscopios, la evidencia de
electrificación en ellos desaparece7
.
Un análisis de este tipo de experiencias muestra la dificultad para diferenciar las dos formas
de comunicación de la electrificación. Si bien el estado inicial es de inducción, al momento
de retirar el hilo metálico y el objeto frotado se presenta en los electroscopios un estado de
conducción, ya que, aunque se retire lo suficiente el objeto frotado, la evidencia de
electrificación en ellos permanece. Sin embargo al conectar nuevamente el hilo entre ellos,
los electroscopios vuelven al estado inicial de no electrificación. De lo anterior se deriva
una nueva actividad: determinar qué materiales reproducen un comportamiento análogo al
aire, es decir, permiten una comunicación por inducción y cual es la del alambre metálico,
esto es, reconocer ahora la capacidad inductiva del medio.
Es claro que los efectos observados cambian la imagen que hasta el momento se tiene por
parte de los libros de texto de la electrificación por inducción. En ellos se suele considerar
que la electrificación reside en el cuerpo frotado y que la evidencia de electrificación en el
metal es debido a la influencia del primero sobre el segundo. Es importante resaltar aquí
que, en la perspectiva que se ha venido construyendo, no hay cuerpos separados ya que
están en contacto directo o lo están indirectamente a través del cuerpo intermediario. 7 Dada la importancia de esta experiencia, también es legitimo estudiar la propia experiencia realizada por Maxwell: “Sea un recipiente metálico electrificado por inducción, y un segundo cuerpo metalico suspendido por hilos de seda cerca del mismo; sea un alambre metalico similarmente suspendido, traído de tal manera que toque simultaneamente el recipiente electrificado y el segundo cuerpo.... el recipiente electrificado produce electrificación en el segundo cuerpo por medio del alambre. Supongamos que el alambre es eliminado y el trozo de vidrio sacado del recipiente sin tocarlo y puesto a una distancia suficiente. El segundo cuerpo aún exhibirá la electrificación vitrea, pero el recipiente tendrá electrificación resinosa. Si ahora ponemos el alambre en contacto con ambos cuerpos tendrá lugar la conducción a través del alambre y toda la electrificación desaparecerá de ambos cuerpos, mostrando que la electrificación de ambos cuerpos era igual y opuesta” Maxwell (1951)
271
Cuando se dice, por ejemplo que el material frotado se acerca y aleja del electroscopio,
significa que se interponen diferentes cantidades de aire entre ellos. Es decir, los efectos no
podrán ser explicados por ausencia o no de contacto. Los estudiantes que explican esta
experiencia basados en electrones que fluyen tienen dificultad para justificar por qué,
cuando se conecta el alambre, la electrificación desaparece.
Este tipo de experiencias sugiere ahora que es posible pensar en un análisis del
comportamiento eléctrico del medio, en el que puede considerarse la inducción y la
conducción como estados eléctricos.
C. Efectos mecánicos entre cuerpos electrificados y clases de electrificación
Efectos mecánicos entre cuerpos electrificados
A partir de la consideración de que no existen cuerpos aislados electrificados sino que es el
medio mismo el que evidencia electrificación y de caracterizar la inducción y la conducción
como formas de comunicación de la electrificación a través de éste, podemos ahora mirar el
comportamiento mecánico entre cuerpos o regiones del medio electrificado en un nuevo
núcleo de actividades.
En primera instancia podemos considerar el efecto mecánico entre cuerpos que han sido
electrificados a partir de algunas de las formas de electrificación consideradas
anteriormente. Se puede plantear entre otras, las siguientes situaciones: (se recomienda
colgar los objetos debidamente para observar mejor los efectos)
- Dos objetos que han sido electrificados por frotamiento entre sí.
- Uno objeto electrificado por frotamiento (u otra forma) y otro electrificado por inducción
a partir del primero.
- Un cuerpo electrificado por frotamiento (u otra manera) y un cuerpo electrificado por
conducción a partir del primero.
272
- Un objeto electrificado por inducción y otro por conducción
- Entre dos objetos electrificados por conducción
- Entre uno frotado y otro electrificado por conducción
(Para hacer mejores observaciones es posible ahora utilizar la máquina electrostática, cuyo
funcionamiento resulta comprensible y permite reforzar el aprendizaje)
Analizar el comportamiento de objetos electrificados en estas situaciones permite
identificar comportamientos diferentes entre ellos, las cuales se pueden evidenciar cuando:
1) los objetos están separados.
2) los objetos entran en contacto.
Es posible hacer registros en los que se observen comportamientos diferentes. Algunos
casos pueden ser los siguientes:
- Dos objetos que están electrificados y la electrificación de uno se obtiene por conducción
a partir del otro: se evidencia repulsión entre ellos.
- Si la electrificación de uno se obtiene por inducción a partir del otro, el efecto es de
atracción
- Si los dos objetos están electrificados entre sí por frotamiento el efecto es atractivo.
Vemos que en cualquier otro caso el efecto puede ser atractivo o repulsivo. La repulsión
surge ahora como una manera natural de identificar regiones electrificadas (recordemos que
ésta no se asumía como fenómeno debido a la electricidad sino como un rebote mecánico,
por aquello de la influencia de la teoría gravitacional de Newton que era sólo atractiva).
Clases de electrificación
El hecho de que haya dos tipos de manifestaciones mecánicas atracción o acercamiento de
los cuerpos y repulsión o alejamiento, permite clasificar cualquier conjunto de cuerpos
273
electrificados en dos subconjuntos. Los cuerpos electrificados pertenecientes a uno de ellos
siempre producen un efecto repulsivo con un cuerpo electrificado de referencia, mientras
que los cuerpos del otro subconjunto producen el efecto contrario. Se puede mostrar que la
clasificación no varía al cambiar el cuerpo electrificado de referencia. Una actividad en este
sentido permitiría evidenciar por qué se habla de dos tipos de electrificaciones. La
siguiente experiencia, que surge de la recontextualización de una de las experiencias de
Dufay, puede orientar este tipo de exploración: si se tiene un objeto electrificado por
conducción a partir de un objeto frotado (digamos un objeto metálico, aislado) y se le
acerca otro que también ha sido electrificado, puede ocurrir que entre ellos haya atracción
o bien repulsión. Se puede continuar con objetos de materiales diferentes y electrificados de
alguna de las formas establecidas. Así pues, se puede llegar a establecer que los objetos
que, al acercarlos al objeto suspendido, evidencien el mismo efecto, manifiestan una misma
clase de electricidad, pero si el efecto es contrario, entonces manifiestan otro tipo de
electricidad. Se puede llegar a hacer una selección de materiales ubicándolos en una de las
dos clases de electricidad.
En este grupo de actividades tienen ahora sentido preguntas como la que sugiere Mawell,
¿Dos materiales frotados entre si, pero que no se separan, evidencian electrificación? U
otras que se derivan de ella ¿Frotar vidrio con vidrio, por ejemplo, asegura repulsión entre
ellos?
Por otro lado, se puede examinar también los efectos mecánicos entre cuerpos
electrificados que son de la misma clase y cuerpos electrificados que son de clase diferente,
posibilitando con ello encontrar sentido y significado cuando se hacen afirmaciones como
las siguientes: “cargas del mismo signo se repelen y cargas de diferente signo se atraen”.
Los libros de texto parten de la definición y asocian un experimento demostrativo o al
contrario. Los estudiantes utilizan explicaciones basadas en dos fluidos (positivos y
negativos) existentes en la electricidad, pero no hay una organización y selección de
materiales que caracterice tal distinción.
274
Construcción de un primer modelo: representación del medio a partir de estados eléctricos
Si bien la intención es avanzar en la perspectiva de campos, empezar por caracterizar el
comportamiento del medio es un buen comienzo. Recordemos que, en la presentación de
los textos, el medio no juega un papel relevante, pues el modelo estándar de partículas es el
referente. Para los estudiantes, el medio no interveniene en los fenómenos eléctricos. Uno
de los aspectos que se hacen relevantes en la propuesta es la construcción de explicaciones
que sean significativas para dar cuenta de los fenómenos eléctricos (por lo menos de
aquellos que se construyen a partir de la experiencia) y permitan articular una imagen que
pueda contrastar con otras visiones y organizaciones del fenómeno, ya sea con los libros de
texto, con documentos de los científicos que han aportado al conocimiento o con otras
fuentes posibles.
Recogiendo la experiencia hasta ahora construida y reconociendo que la acción no es entre
objetos aislados, sino que éstos forman parte del medio que, como un todo, evidencia
electrificación (y que además la acción mecánica proviene del mismo medio), entonces es
posible entrar a caracterizar cómo son las acciones que se dan en el medio que manifiestan
efectos de atracción o repulsión. A continuación se presenta un modelo de organización del
fenómeno eléctrico, que se desprende de la construcción de la propuesta y que sirve de base
para profundizar en el estudio de los fenómenos electromagnéticos, desde la teoría de
campos.
Al considerar que no existen cuerpos aislados, sino el medio electrificado como tal, es
posible entonces considerar que los objetos (materiales) son regiones o pedazos del medio
que evidencian electrificación. Podemos asumir que cada región está entonces caracterizada
por un “estado eléctrico”, entendiendo estado eléctrico como un modo de estar del cuerpo
en un momento dado. Maxwell asume este modelo para dar cuenta del comportamiento del
medio. Por ejemplo para explicar el fenómeno inductivo y conductivo se puede considerar
que cuando una región que no evidencia electrificación es afectada o perturbada por la
275
presencia del objeto frotado (otra región del medio), entonces ésta modifica su estado,
ahora evidencia electrificación. Si el objeto frotado es retirado entonces se presenta una
reorganización del medio, volviendo al estado inicial. El medio como tal modifica su estado
y todas las regiones que en estas condiciones evidencien electrificación, decimos que se
encuentran en un estado de inducción o influencia eléctrica. Sin embargo, si algunas
regiones, después de retirado el agente perturbador, siguen evidenciando electrificación, es
porque tuvieron una reorganización y pasaron a un estado de conducción eléctrica.
Representar la electricidad como un estado del medio es un importante avance en la
perspectiva de campos. Revisar de nuevo la experiencia construida hasta el momento
permite afianzar el modelo. Un caso particular puede ser explicar experiencias como las de
Gray, sobre comunicación por inducción y conducción. Veamos un ejemplo. Se tienen
varillas de madera, hierro o bronce, de diferentes longitudes y grosores, electrificadas y
conectadas al final de un extremo con una bola de marfil. Se cuenta también con una esfera
de plomo suspendida de un cordel, la cual se acerca o aleja de la bola de marfil. Cuando las
varillas son suspendidas del techo (Gray lo hizo cuando eran muy largas) existen dos
efectos. Si se utilizan hilos de seda, se observa atracción entre la esfera de plomo y el marfil
por acción inductiva; si se utilizan hilos metálicos para suspender las varillas, no se observa
ningún efecto entre la esfera de plomo con el marfil. Si se asume la electrificación como un
estado, el que desaparezca de la esfera de marfil todo signo visible de electrificación al ser
utilizados hilos metálicos para colgar la línea de comunicación significa, en primer lugar,
que la esfera ha cambiado de un estado de electrificación a uno de no electrificación (o muy
cercano a éste); y si se acepta que todo cambio es debido a una interacción, es decir, que
todo cambio se hace a consta de otro (requiere de una causa y esa causa es otro cambio), es
de esperar que algo más haya cambiado su estado de electrificación y que dichos cambios
entre si sean iguales y opuestos. Por ello, se puede inferir que, en este caso, el cuerpo cuyo
cambio de estado de electrificación está acoplado al de la esfera de marfil es muchísimo
más grande que ésta y que los indicios del cambio de estado que experimenta dicho
cuerpo, tierra, sean materialmente indetectables.
276
Interpretados así los hechos empíricos destacados por Gray a través de esta experiencia, es
posible concluir la siguiente característica de ese modo de comunicar la electrificación
denominada conducción, que se pone de manifiesto en la misma: hay materiales, los así
llamados conductores, que permiten unir cuerpos de modo que los cambios de estados de
electrificación que evidencian estén conectados o acoplados entre sí directamente; de esta
manera, es posible afectar sensiblemente la distribución de la electrificación.
Tengamos presente que la experiencia de Gray resulta relevante a pesar que su modelo de
explicación basado en un fluido (efluvio) no resulte satisfactorio. Gray decía: "El éxito
inicial dependía de los soportes de la línea de comunicación: éstos tenían que ser de seda.
Cuando la línea que transporta la virtud eléctrica estaba sostenida por los hilos metálicos y
el efluvio llegaba a los hilos de suspensión, pasaba a través de éstos a las vigas del techo y
no seguía la línea que debía llevarlo al marfil”.
Es importante mirar este caso porque los libros de texto explican la conducción como fluido
de electrones y los estudiantes como atmósfera, fluido o fluidos.
D. La acción inductiva electrostática
Avanzar en la caracterización del medio y el comportamiento eléctrico de éste implica
ahora un estudio de la acción inductiva. Si el medio es la sede de los cambios y no son los
cuerpos, entonces cabe preguntar si el poder de acción de la electrificación del medio es
igual o diferente en cualquiera de las formas establecidas. Recordemos que los libros de
texto privilegian la conducción como forma legitima de electrificar un cuerpo y que la
inducción sólo es posible cuando se tiene carga neta diferente de cero (la influencia no es
una electrificación real), mientras que para Faraday la inducción eléctrica (por influencia)
es genuina y con el mismo poder de acción que la electrificación por frotación y por
conducción.
Aquí es posible analizar las propias experiencias de Faraday. Una barra de vidrio
277
electrificada y sostenida por un cordel se introduce en un recipiente metálico aislado, el
cual está conectado con un electroscopio. A medida que el vidrio desciende por el
recipiente las hojas del electroscopio se van separando (influencia) pero después de cierto
nivel de profundidad (sin tocar el recipiente) el electroscopio no muestra cambios, no
importa si el vidrio se mueva en una u otra dirección, baje o suba, después de cierto nivel
ya no hay cambios. El comportamiento del medio parece ser de conducción, pero es
inductivo, porque si se retira la barra de vidrio el electroscopio regresa a su posición inicial.
Si el vidrio se acerca lo suficiente o toca el recipiente hay conducción y el electroscopio ya
no vuelve a la posición inicial, aunque se retire el vidrio.
Lo importante de esta experiencia es identificar que en el estado inductivo el poder de
acción es igual al de la conducción y que no es posible diferenciar estas formas de
electrificación por sus efectos. Recordemos que en la teoría de campos, propuesta por
Faraday, la inducción eléctrica es más que una de las formas de electrificar los objetos, es el
elemento central y organizador de toda la teoría (Berkson 1985). Una ampliación de esta
experiencia puede ser cambiar la barra frotada por un objeto electrificado por conducción.
Otro tipo de experiencia para analizar el comportamiento del medio es explorar lo que
sucede cuando se utilizan diferentes dieléctricos entre dos conductores. Para ello, es posible
analizar la siguiente experiencia recontextualizada del trabajo de Faraday. Dos láminas
metálicas aisladas, conectadas cada una a un electroscopio, se encuentran separadas entre si
por medio de aire. Si se coloca entre ellas (justo en medio), otra lámina metálica
electrificada, se observa que los electroscopios de las láminas evidencian electrificación. Si
ahora las láminas se conectan a tierra, los electroscopios regresan a su posición inicial. Si
luego se desconectan de tierra (se aíslan nuevamente), los electroscopios mantienen su
posición inicial. Si ahora se cambia el aire y se coloca laca en uno de los lados que separan
las láminas de la que está electrificada, se registra que los electroscopios evidencian
electrificación contraria a la que registraban antes. Se aprecia como al cambiar de
dieléctrico se observan cambios en los electroscopios Recordemos que, desde la teoría de la
acción a distancia, no se espera que se registren cambios. Este tipo de comportamientos se
278
puede explicar si se reconoce la acción inductiva del medio. Preguntas como la siguiente se
hacen relevantes.
¿Qué cambios en el comportamiento eléctrico del medio implica el cambio de dieléctricos?
¿Es la polarización una condición particular de la inducción?
Un seguimiento de los diferentes dieléctricos como cera, goma, laca, aire… puede permitir,
a través de este tipo de experiencias, un avance en el registro de ellos por su capacidad
inductiva. Faraday, por ejemplo, encontró que la laca tiene mayor capacidad inductiva que
el aire.
Los libros de texto solamente presentan algunos cuadros con registros de capacidades
inductivas o campos eléctricos en la naturaleza, sin un criterio especial.
Ampliación del modelo: Representación de la tensión del medio
Si la acción no se hace a distancia, entonces se reconoce que se propaga a través del medio.
Hasta el momento hemos considerado el medio como un estado eléctrico, ahora debemos
caracterizar cómo se comporta el medio. El modelo se hace necesario porque si no es el
modelo newtoniano de acción a distancia, entonces ¿cómo explicar fenómenos como la
acción inductiva del medio? Es posible entonces pensar que el medio esta conformado de
partículas que se encuentran en contacto (no que se muevan libremente) de tal manera que
lo que sucede a una lo comunica a la siguiente (acción contigua). Inicialmente, el medio se
encuentra en un estado de tensión natural; cuando se electrifica, es sometido a tensión o sea
a una condición forzada y la respuesta de éste es de resistencia. Para que se pueda dar la
acción inductiva debe existir una resistencia de las partes del medio a través de las cuales se
realiza la acción. Tal resistencia se da porque las partes del medio son sacadas de su estado
normal que tiende a conservar. La inducción implica entonces una condición forzada de las
partes del medio buscando regresar a su posición inicial. Aquí se puede utilizar la analogía
como si “el medio se comportara como un resorte”: cuando una fuerza lo estira, éste se
279
resiste con una acción contraria. Cada región del medio (materiales) soporta una tensión
diferente; los conductores se encuentran en un estado de tensión rígido, mientras que los
dieléctricos no, por eso pueden soportar y mantener la tensión eléctrica (condición forzada).
Los criterios para diferenciar la acción en medios diferentes están en la capacidad de dichos
medios de soportar la condición forzada. Un medio que se deja inducir fácilmente es aquel
que es capaz de soportar mayores niveles de tensión. Un conductor, por ejemplo, no es
capaz de soportar una condición forzada, por lo tanto su capacidad inductiva debe ser casi
infinita, mientras que el aire, que se deja inducir fácilmente, tiene una capacidad inductiva
baja. En este sentido el conductor viene a ser una región del medio en un estado de tensión
rígido que no soporta las acciones y, por tanto, las comunica o las conduce.
Para avanzar en la organización del modelo es posible ahora considerar cada partícula del
medio electrificado como sometida a dos fuerzas (como el caso del resorte): la tensión
eléctrica y la resistencia, actuando simultáneamente. Así pues, cada partícula está sometida
a una condición polar que afecta la siguiente y así sucesivamente (aunque disminuye
progresivamente). El medio eléctrico es un arreglo de partículas polarizadas que propagan
las fuerzas electrostáticas en líneas de rectas o curvas que podemos denominar líneas de
campo. La inducción eléctrica y la polarización eléctrica son nociones coincidentes. En
condiciones estáticas, la carga “observada” sobre las superficies de los conductores no es
más que un efecto residual del estado de inducción o polarización del medio dieléctrico en
la interfase con el conductor
La atracción y repulsión eléctrica se da cuando las acciones que soportan las partes
polarizadas no soportan una u otra condición, ya sea de resistencia o tensión. Para ello es
posible nuevamente pensar “el medio como un resorte que se estira o se comprime”
dependiendo de las condiciones a las que es sometido. Por ejemplo, si entre dos objetos hay
atracción entonces el medio actúa como un resorte que se comprime, pero si hay repulsión
entonces actúa como un resorte que se estira.
Se espera que este núcleo de actividades posibilite una entrada que le permita a la persona
280
configurar una imagen del medio como un elemento activo y cuyas acciones se puedan
representar a partir de un modelo de resortes. Es posible además remirar todas las
actividades anteriores teniendo en cuenta un modelo de explicación basado en esta
propuesta.
E. Conservación y Cuantificación de la electrificación
Tal vez uno de los aspectos que recoge la construcción hasta el momento elaborada es el
proceso de formalización. La intención de este grupo de actividades es controlar los efectos
de tal manera que sea posible pensar en cuantificar. La construcción de una magnitud física
extensiva que de cuenta de la electrificación como cantidad en unidades de medida
(equivalente a la carga eléctrica pero sin asignarle un carácter ontológico) es el aporte
experimental de Maxwell.
Al identificar el medio como un estado electrificado es posible ahora comparar estados de
electrificación a partir de los efectos observados, comparar los cambios en los estados de
electrificación y construir una unidad provisional de electrificación (que ahora podríamos
llamar “unidad de carga eléctrica”)
Comparación de estados de electrificación
En una primera instancia se trata de decidir cuando dos estados de electrificación son
iguales y cuando son diferentes. Una propuesta puede ser indagar experiencias como las
siguientes:
- Se tienen dos electroscopios similares (para observar y comparar efectos) uno
electrificado por conducción y el otro neutro. Si se ponen en contacto por medio de
un alambre, ¿Qué comportamientos se registran en ellos? ¿Los comportamientos
varían si el primer electroscopio está electrificado por inducción?
281
- Se tienen dos electroscopios similares, ambos electrificados por conducción y uno a
partir del otro. Se observa que al conectar un alambre entre ellos ninguno modifica
su estado. De acuerdo con el modelo organizado hasta el momento, ¿puede
considerarse entonces que sus estados son iguales?
- ¿Si uno de los electroscopios es muy grande en tamaño respecto al otro, pero de
igual manera no modifican sus estados, podría pensarse que sus estados eléctricos
son iguales?
- Se tienen dos electroscopios, ambos electrificados por inducción, a partir del
modelo de tensión eléctrica explicar ¿qué sucede cuando estos se conectan a través
de un alambre?
Este tipo de experiencias y preguntas permiten identificar cuando dos estado eléctricos son
iguales y cuando son diferentes. Lograr controlar estados de electrificación iguales es un
buen indicio para cuantificar.
Comparación de cambios de estado de electrificación
Comparar los cambios de estado permite establecer si estos son iguales o diferentes. Es una
actividad similar a la comparación de estados, pero ahora nos fijamos más detenidamente
en los cambios que se dan inicialmente de forma causal, pero que, a medida que se
construye la experiencia, la causa deja de ser relevante (aunque la modificación de un
estado implique cambio en otro).
Como la intención es comparar los cambios entonces es posible analizar la siguiente
experiencia recontextualizada del trabajo de Maxwell (1951): Se tienen dos electroscopios
similares A y B, y una barra electrificada C. Inicialmente se electrifica A por inducción a
partir de C, luego se conecta un alambre entre A y B para que se modifiquen sus estados,
posteriormente se quita el alambre y luego se retira C, finalmente se conectan nuevamente
282
el alambre. Esta experiencia recontextualizada de las experiencias de Maxwell se puede
organizar en seis momentos para su análisis.
1. Estado inicial de A y B de no electrificación
2. Modificación del estado de A por la presencia de C
3. Modificación de los estados de A y B al conectar el alambre entre ellos
4. Modificación de los estados de A y B al retirar el alambre conductor
5. Modificación de estados de A y B al retirar C
6. Modificación de estados de A y B al conectar de nuevo el alambre.
El siguiente cuadro esquematiza los estados de A y B en cada uno de los momentos
Situación-
1
2
3
4
5
6
Estado 1
A
Estado 2
A y B
A y B
Estado 0
A y B
A y B
A y B
Tabla 7: Cuadro de comparación de estados eléctricos
Vemos como los momentos 3 y 5 son idénticos, lo mismo los momentos 1, 4 y 6.
El cambio de estado de A debido a la presencia de C hace suponer una relación de causa-
efecto, en el que necesariamente la presencia de C es la causa del cambio de estado en A.
Cuando A y B se conectan por medio del alambre se modifican sus respectivos estados,
estando el objeto C presente (sigue presente la causa) (situación 3), al retirar nuevamente el
alambre y también C (situación 5), la modificación de los estados de A y B es equivalente
a la situación 3, entonces podemos decir que la presencia de C ya no es la causa de los
cambios de estado, por lo tanto la relación causal se pierde.
283
Comparar los cambios en los estados de electrificación permite ahora tener control de la
electrificación sin necesidad de la presencia de objetos frotados. Los cambios de estado
permiten dar cuenta del fenómeno eléctrico y cuantificarlo. A partir de los criterios
anteriormente establecidos, se pueden abordar también situaciones como las sugeridas por
Maxwell y que quedaron descritas en el análisis histórico, lo cual permitirá establecer que
la cantidad de electrificación asumida como la medida del cambio de estado de
electrificación es invariable.
Cantidades de electrificación en relaciones definidas
Producir situaciones específicas como electrificar varios cuerpos con cantidades iguales es
una forma sencilla de empezar a cuantificar. Maxwell sugiere algunas que consideramos
importantes para recontextualizar en este núcleo de actividades. Una experiencia en
particular puede ser la siguiente.
Se tiene una barra de vidrio A electrificado por frotamiento con una barra de resina B y
suspendidos de una cuerda de seda, se introduce A en un recipiente metálico C, aislado y
conectado por fuera con un electroscopio. Se encuentra que el electroscopio evidencia
electrificación por inducción. Si a continuación se introduce B en el recipiente C (sin
tocarlos), se encuentra que la evidencia de electrificación en el electroscopio desaparece.
Esto nos puede dar un indicio de que la electrificación de la resina es igual y opuesta a la
del vidrio.
Nuevamente, tenemos la barra de vidrio A electrificada en el recipiente C, pero ahora la
barra de resina B se introduce en otro recipiente D de similares características a las del
primero. Los electroscopios conectados en los recipientes evidencian electrificaciones
(vítrea en C y resinosa en D). Si en estas condiciones se conectan los recipientes metálicos
por medio de un alambre (conductor), se encuentra que los signos de electrificación en los
electroscopios desaparecen. Al retirar el alambre y sacar las barras A y B respectivamente,
284
se encuentra ahora que los electroscopios evidencian nuevamente electrificación, pero
ahora contraria a la que evidenciaban antes (resinosa en C y vítrea en D). Si en estas
condiciones se coge uno cualquier de los recipientes (por ejemplo C) y se introduce en otro
recipiente metálico más grande E aislado y conectado a un electroscopio, se encuentra que
no aparece evidencia de electrificación en E. Esto nos lleva a pensar que las
electrificaciones de A y C sean iguales y opuestas, lo mismo las electrificaciones de B y D.
A partir del reconocimiento de electrificaciones iguales y opuestas se puede ampliar el
núcleo de actividades, de tal manera que se puedan considerar variaciones como las
siguientes:
- Electrificar un cuerpo de modo que su electrificación sea varias veces la de otro
- Electrificar un cuerpo que tenga una electrificación opuesta y varias veces mayor que el
otro.
Describir el medio para las situaciones planteadas en los núcleos anteriores, señalando
zonas del mismo que tiene el mismo estado de electrificación y regiones donde se considera
que éste varía punto a punto, es una actividad que permitiría completar la descripción del
estado de electrificación del medio y relacionar los diferentes elementos que se han logrado
construir para su caracterización.
Producción de una unidad provisional de electrificación
Aumentar el grado de sutiliza y cuidado para realizar las prácticas experimentales es el
requisito necesario para evidenciar efectos. Determinar una forma de calibrar
electroscopios de modo que permita comparar la electrificación de los cuerpos, es también
una actividad significativa en esta fase. Construir una unidad provisional es un proceso de
formalización al que se puede avanzar a partir de la experiencia. Una manera de hacerlo
puede ser similar a la realizada por Maxwell.
285
Se sabe, por las experiencias anteriores, que un recipiente metálico C puede ser
electrificado con una barra A electrificada en su interior y que las electrificaciones de A y C
son iguales y opuestas. Ahora tomamos el recipiente metálico C que se encuentra
electrificado (después de haber retirado la barra A) y lo introducimos en recipiente metálico
más grande E aislado y conectado a un electroscopio. Se encuentra que al hacer contacto
entre ellos, la electrificación de C desaparece y E evidencia electrificación (conducción).
Como las condiciones iniciales están dadas en términos de iguales y opuestos, entonces se
puede asumir la electrificación de C va a ser siempre la misma, no varía, de esta manera se
obtiene una unidad de electrificación. Si el ejercicio se repite (manteniendo las condiciones
iniciales) y se registra que nuevamente la evidencia de electrificación en C desaparece, pero
la electrificación en E aumenta, entonces es posible afirmar que la electrificación de E es el
doble. Tal organización permite establecer que la electrificación total del recipiente E será
igual a la suma algebraica de la unidad de electricidad.
Con la construcción de la experiencia elaborada y el modelo de explicación del fenómeno
eléctrico se tienen las bases para pensar en campos en la explicación de los fenómenos
eléctricos a partir de la acción del medio.
Afianzamiento del modelo de campos
Es posible avanzar en la representación de la distribución espacial de las líneas de fuerza
como disposición de las partículas contiguas que transmiten la acción. La propiedad del
campo está en la distribución de sus líneas de fuerza. Así pues se puede pensar que entre
dos estados de electrificación existen de líneas de fuerza que los conectan. Al interior de
un conductor no puede haber líneas de fuerza porque estos no soportan la acción, entonces
puede asumirse que la acción del campo al interior de un conductor es nula y por lo tanto se
encuentra en equilibrio electrostático. La noción de potencial se hace plausible así como
superficies equipotenciales.
286
7.5.3 Cuadro Comparativo de Contenidos
A continuación se muestran aspectos relevantes del tratamiento de los datos que
contribuyen a mostrar las diferencias entre el análisis histórico y los contenidos de la
propuesta respecto al contenido de los libros.
Para hacerlo hemos establecido tres aspectos que están en las presentaciones consideradas,
a saber: los modelos teóricos presentes, los conceptos fundamentales y la experimentación
realizada o sugerida. Los modelos teóricos hacen referencia a principios, leyes y teorías que
se encuentran presentes. Los conceptos fundamentales son los que estructuran la
organización, secuencia, presentación y núcleos de los contenidos, y, la experimentación
establece la relación directa con el entorno fenomenológico: experimentos, aplicación en la
industria, situaciones cotidianas o recreación de hechos.
El cuadro que se muestra a continuación, es un ejercicio de comparación entre las
propuestas de contenidos presentes en los libros de texto analizados, el desarrollo histórico
del fenómeno eléctrico en la perspectiva de campos y la propuesta de contenidos como
resultado de la recontextualización de los saberes y las practicas experimentales.
287
CUADRO COMPARATIVO DE CONTENIDOS
Libro 1 Libro 2 Libro 3 Aportes Históricos Propuesta
M
O
D
E
L
O
S
- Modelo estándar de
partículas
- Estructura eléctrica de
la materia
-Estructura atómica de la
materia
- Ley de Coulomb
- Principio de
conservación
- Modelo de partículas
como flujo de Electrones
- Modelo atómico de la
materia
- Ley de conservación de
carga desde el modelo de
fluido
- Ley de Coulomb: modelo
matemático
- El campo como creación
de la carga
- Principio de conservación de carga (modelo de transferencia)
- Estructura atómica
partículas del núcleo atómico
(el modelo de Bohr y la
mecánica cuántica)
-Modelo matemático del
campo
- Ley de Gauss en esferas
conductoras
- Electrificación como estado
- Equilibrio de estados
- Cambios de estado del
medio
- El Stress del medio
- Tensión eléctrica
-Modelo de campos
- Representando el medio a partir de estados
- Representación de la tensión del medio
-Afianzamiento del modelo de campos
C
O
N
C
E
P
T
O
S
- Masa eléctrica
- Campo eléctrico
- Intensidad de campo
eléctrico
- Cuantización de la
carga eléctrica
- Partículas dotadas de
carga
- Interacción eléctrica
- Potencial eléctrico
- Carga eléctrica
- Sistemas discretos de
carga
- Serie triboelectrica
- Conductores y aislantes:
movimiento de electrones
- Carga por inducción
-Fuerzas eléctricas entre
cargas puntuales
- Fuerzas eléctricas entre
sistemas de cargas
- Campo eléctrico: acción
- Fuerzas eléctricas,
gravitacionales y magnéticas
electrones)
- El numero atómico
- Carga eléctrica como
perdida o ganancia de
electrones
- Movimiento de carga: Conductores y aisladores (electrones libres)
- Ley de Coulomb como
- Electrificación
- Comportamiento de los materiales: Gilbert – Gray
- Producción y acumulación (Hauksbee-Leyden-franklin)
-Conservación de la
electrificación (Franklin -
Maxwell)
- Formas de comunicación
(Gray – Dufay)
- El carácter dual (Dufay-
- Comportamiento de los materiales
debido a la frotación: (electrificación)
- Comunicación de la electrificación y
formas de comunicación
- Efectos mecánicos entre cuerpos
electrificados y clases de
electrificación
- La acción inductiva
- Conservación y Cuantificación de la
electrificación
288
de una partícula sobre otra. -
- La carga testigo
- Unidades de medida del
campo. Campos eléctricos
de la naturaleza.
- Dipolos eléctricos:
momento bipolar
- Líneas de campo eléctrico
(líneas de entrada y salida
de cargas puntuales)
-Reglas para dibujar líneas
campo
- Movimiento de cargas eléctricas paralelas y perpendiculares
- Dipolos eléctricos en campos eléctricos
- Estado de polarización de una partícula y una molécula
problema de cuantificación
- Unidades de fuerza eléctrica y constante eléctrica K
- Campo eléctrico: nueva formulación de la interacción eléctrica
- Unidades de medida y
carácter vectorial
- Intensidad de campo
eléctrico
- Calculo de campos
eléctricos en cargas puntuales
y distribuciones de carga en
conductores diferentes
- Líneas imaginarias de
campo
Maxwell)
- Inducción y Polarización
eléctrica (Faraday)
- Cuantificación (Maxwell)
- Clases de electricidad
- Tipos de carga eléctrica
- Experimento de
Millikan
- Generadores eléctricos
- Clases de electricidad:
dos barras que se repelen y
barras que se atraen
- Funcionamiento del
electroscopio como
transferencia de electrones
- Carga por Inducción entre
- Electricidad en los Griegos
- Eventos cotidianos
relacionados con Carga
eléctrica
- Efectos atracción y
repulsión
- Carga por inducción
-Distinción eléctrico-
magnético
- Las fuerzas de atracción
- Detectores
- Generadores
- Acumuladores
-Comportamientos de la
- Exploración de materiales y fuerzas
de atracción
- Distinción con otros fenómenos que
exhiben efectos atractivos
- Construcción de detectores sensibles
- Comunicación de la electrificación
- Comunicación en un mismo material
289
E
X
P
E
R
I
M
E
N
T
A
C
I
O
N
dos conductores
- Inducción por conexión a
tierra
- El pararrayos
- La balanza de torsión
- líneas de campo eléctrico
- Aplicación industrial en
hornos, TV, impresoras,
- un globo
electrostáticamente cargado
contra la pared
- Balanza de torsión y
- Interacciones eléctricas
entre partículas cargadas
(gases)
Botella de Leyden
- Otros acumuladores
- Cuerpos en contacto
- Comunicación por
influencia
- Atracción y repulsión
- El comportamiento dual
- Efectos mecánicos y clases
de electrificación
- Cuerpos electrificados de la
misma clase
- Cuerpos electrificados de
clase diferente
- Inducción eléctrica
- La polarización eléctrica
- Unidad de electrificación
- Comunicación en varios materiales
- Comunicación de la electrificación
en le aire
- Formas de comunicación: influencia
y contacto (inducción y conducción)
- Efectos mecánicos entre cuerpos
electrificados
- Clases de electrificación
- Alterando la distribución de la
electrificación
- La acción inductiva electrostática
- Comparación de estados de
electrificación
- Comparación de cambios de estado
- Cantidades de electrificación en
relaciones definidas
- Producción de unidad provisional y calibración de instrumentos
Tabla 8: Cuadro comparativo de contenidos
290
Podemos a partir del análisis realizado en el tratamiento de los datos e incluyendo el cuadro
comparativo, establecer algunas consideraciones importantes:
1. El esquema de presentación de los libros tradicionales es teorético mientras que la
propuesta tiene como base la experimentación
2. Los libros de texto se caracterizan por presentar una yuxtaposición de modelos de
explicación entre ellos estructura atómica y campos (lo discreto y lo continuo
superpuesto) mientra que la propuesta se centra en la perspectiva de campos.
3. La formalización de los libros es independiente de procesos de organización de la
experimentación, mientras que para la propuesta es precisamente organización de la
experimentación la que posibilita los procesos de formalización.
4. En los libros de texto la experimentación es subsidiaria de la teoría y cumple una
función meramente demostrativa, mientras que para la propuesta la experimentación
mantiene un equilibrio con la teoría.
5. El interés de los libros de texto es brindar información mientras que para la
propuesta el interés es involucrar en la acción.
6. En los libros de texto la información es fragmentada y a veces contradictoria
mientras que en la propuesta la actividad mantiene un hilo conductor.
7. Para los libros de texto no es relevante la HCF, mientras que la propuesta sí, por que
la HFC permite identificar y problematizar la actividad científica.
8. La propuesta destaca los contenidos (núcleos temáticos) en función de los objetivos
de aprendizaje orientados por una variante del constructivismo donde se reconoce
que:
a. Tanto la actividad científica como la ciencia escolar es una actividad
humana.
b. El estudiante no es un ser pasivo, tiene capacidad de participación e
intervención.
c. El estudiante construye explicaciones y elabora modelos que socializa y
valida en contextos diferentes.
291
9. Existe experimentación en documentos oficiales y escritos originales que no ha sido
reconocida por los HC pero que resultan ser relevantes para la construcción
didáctica de la física.
10. Los textos orientan los temas de forma lineal en grado de dificultad, de lo básico a
lo abstracto (a nivel de razonamiento lógico y resolución de problemas) mientras
que la propuesta esta orientada en forma cíclica por una construcción de los
significados (a nivel de construcción de explicaciones y confrontación con la
experiencia).
292
8. CONCLUSIONES
8.1. Sobre los Episodios Históricos
Hacer uso de la historia de la ciencia se ha vuelto recurrente en la enseñanza de la fisica.
Sin embargo a diferencia de otras posturas que hacen uso de la historia de la ciencia para
recrear, relatar o mostrar la evolución de un concepto, en esta tesis se volvió relevante la
búsqueda de episodios históricos con el interés de problematizar el conocimiento.
Dos aspectos resaltan: por una parte, la manera propiamente de hacer uso de la historia de
la ciencia con una finalidad pedagógica y por otra los resultados mismos de dicha finalidad.
* En relación al primer aspecto, identificamos episodios históricos que no suelen ser
considerados por los historiadores, pero que resultaron ser relevantes desde la mirada
pedagógica. Existe material inédito sobre la experimentación desarrollada a nivel histórico
en torno al fenómeno eléctrico, lo cual posibilitó construir una ruta de organización del
mismo, en la perspectiva de campos.
Esta manera de hacer uso de la história proveyó elementos para identificar la importancia
que tuvieron los instrumentos y aparatos utilizados por los científicos, no sólo como
herramienta de trabajo, sino en la construcción misma del fenómeno, esto es, construir
experiencia significativa. Esta dinámica brinda un aporte fundamental a la didáctica de la
fisica, pues los instrumentos y aparatos que hay en los laboratorios y los presentados por los
libros de texto, suelen ser “utilizados” más no “estudiados” en el sentido que se recoge en
esta tesis.
Asimismo, el uso de la historia se muestra como una actividad humana hizo posible
identificar la intencionalidad del científico, las problemáticas en la que se involucra, los
recursos que utiliza y la manera de expresar y divulgar sus resultados. Aspectos que
293
adolecen los libros de texto y que resultaron relevantes para la propuesta didáctica.
* En cuanto al análisis como tal de los episodios históricos, se hizo una organización
fenomenológica en estructuras completas que se agruparon en 6 tematicas, todas ellas en
referencia a la perspectiva de “campos”: el comportamiento de los materiales respecto a la
frotación (triboelectricidad), posibilitó entre otros aspctos: identificar la distinción que hace
Gilbert entre lo eléctrico y otros fenómenos atractivos, identificar detectores sensibles y la
construcción de instrumentos de registro como el “Versorium” o el “electrómetro” de
Faraday, identificar las características de los materiales de acuerdo a la fuerza de atracción
que adquieren y clasificarlos y, finalmente encontrar sentido al funcionamiento de
máquinas electricas. Estos aspectos no son considerados ni dimensionados por los libros de
texto y los estudiantes, por su parte no reconocen el comportamiento de los materiales al ser
frotados.
La experimentación que propone Gray para establecer que la electrificación se comunica
resultó ser rica y provechosa, en tanto que nos posibilitó la identificacón del
comportamiento de los materiales al contacto con otros materiales, identificar formas de
electrificación y empezar a pensar que la electrificación no reside en los cuerpos. Incluso
posibilitó preguntarnos ¿qué sucede con el aire? Respecto al mismo problema identificamos
cómo Dufay construye la experimentación necesaria para plantear que el aire juega un
papel fundamental en la comunicación de la electrificación (inducción), aspecto que a su
vez posibilitó la identificación de la repulsión como debida al fenomeno electrico y
finalmente organizar y dar sentido a las dos formas de electrificación: vítrea y resinosa.
La experimentación relacionada con inducción y los problemas de la comunicación de la
electrificación, nos llevó a los trabajos de Faraday e identificar el problema de la acción
inductiva de los materiales. De estos trabajos se hizo posible construir los elementos que
ponen de relieve el comportamiento del medio. Con la organización realizada fue posible
llegar a la experimentación de Maxwell en la que, teniendo como referencia a Faraday, nos
permitió identificar la electrificación como un estado del medio y de allí la cuantificación.
294
8.2 Sobre la Estructura Retórica de los Textos
*A partir del análisis de los 3 libros de texto utilizados por los estudiantes se ha encontrado
que guardan algunas relaciones en común: la metodología de presentación de los
contenidos, por ejemplo, es fundamentalmente afirmativa de corte expositivo y dogmático.
Presentan las leyes y teorías relacionadas con la electrostática como definiciones y
afirmaciones, con un discurso transmisivo del conocimiento y con marcado énfasis en lo
matemático. El papel del experimento es demostrativo y no se le reconoce una dinámica
propia. No reconocen de forma explícita y diferenciada la teoría de campos de la teoría de
acción a distancia.
*Se identificó que el papel del experimento, al ser demostrativo, se hace subsidiario de los
modelos explicativos presentes, evidenciando una influencia de la visión positivista del
conocimiento.
*Se encontró que el uso de la historia para mostrar el desarrollo de la electricidad es escaso,
sólo algunos comentarios aislados sobre aportes históricos, haciendo énfasis en
descripciones y narraciones históricas. No se encuentra en ellos un uso de la historia en la
construcción de la teoría de campos.
*Con relación a la presentación de la electrostática, como aspecto fundamental de
introducción al electromagnetismo, no es considerada en la dimensión y riqueza conceptual
que le corresponde. Alguna presentación esquematica de la triboelectricidad, sin entrar en
detalles y consideraciones, algunos experimentos básicos demostrativos y el resto del
contenido en explicaciones, formulaciones matemáticas, definiciones y ejemplos de la
fuerza eléctrica y la ley de Coulomb. Se identificó que los libros conservan una secuencia
similar en la presentación de los contenidos, a saber: parten de efectos de frotación de los
cuerpos para definir carga, ley de Coulomb, conservación de carga, fuerza eléctrica, campo
eléctrico, cuantización y potencial eléctrico.
295
*Existe una yuxtaposición en las formas de enseñar la electricidad estática; pues hacen
alusión a la mecánica, en torno a fuerzas de acción a distancia y la ley coulombiana, y
luego hacen referencia a la física atómica y la mecánica cuántica para dar cuenta de la
estructura electrica de la materia. Introducen la noción de campo eléctrico y líneas de
fuerza, sin informar o aclarar que es una visión de mundo epistemológicamente difererente
y contraria. Sin embargo, en los textos se espera que los estudiantes avancen en la
resolución matemática de problemas más que en su comprensión conceptual. Hay que
destacar que la intención de los autores es clara y precisa; son libros que están dirigidos a
estudiantes de ciencias e ingeniería en aprendizaje de la física a partir del desarrollo de
habilidades en la resolución de problemas.
Con relación a la presentación de la electricidad estática se identificaron problemas
conceptuales al caracterizar el fenómeno eléctrico: 1) Se hace referencia a campo electrico
y lineas de fuerza (entendibles estas desde el modelo de acción contigua) como
representación geoméntrica, para desvirtuar la importancia que tiene el comportamiento del
medio y dar validez a la acción a distancia y la ley de Coulomb en la solución de
problemas. 2) Hacen referencia al campo como la acción de una carga eléctrica sobre el
medio que la rodea, cuando en el modelo de Faraday y Maxwell el campo es una acción del
espacio mismo y no reside en los cuerpos. 3) Consideran la trasferencia de electrones como
fluido al pasar del vidrio a la seda, o como dos fluidos cuando argumentan que los protones
portan carga positiva y eventualmente también se pueden mover, aunque recurren al
modelo estandar de partículas, desconociendo que el campo fenomenológico del
electromagnetismo tienen dificultades con este modelo, particularmente los de inducción y
plarización eléctrica, puestos en evidencia en el análisis histórico. 4) Entran en
contradicción en afirmaciones como “la interacción electrostática entre dos partículas
cargadas es proporcional a sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia entre ellas y su dirección es según la recta que los une” donde, por una parte
asumen la ley de Coulomb, como ley general del inverso cuadrado de la distancia sin
considerar que la ley no se cumple para grandes distancias y por otra parte, entra en
contradicción con fenómenos que se dan en linea curva como la inducción eléctrica. Al
296
final, el estudiante no encuentra más opción que pensar mecánicamente el problema.
*Se identificó una clara relación entre las explicaciones de los estudiantes y la presentación
de los libros de texto con los que estudian. Recordemos que los textos seleccionados
corresponden a aquellos con los que el grupo de estudiantes elegido estudian y hacen sus
actividades. Ambos recurren a explicaciones utilizando modelos históricamente superados
como las teorías de fluidos y el modelo mecanicista de acción a distancia. Tanto en los
estudiantes como en los textos se identificaron enfoques correspondientes al modelo
estándar de partículas, donde las partículas poseen carga eléctrica que está concentrada en
cargas puntuales. Existe en los estudiantes un desconocimiento de la teoría de campos y en
los libros una ausencia de la perspectiva de Faraday en torno a la visión epistemológica del
campo, haciendo énfasis fundamentalmente en el aspecto del campo como representación
matemática del medio. A pesar de que los libros analizados hacen referencia a la
cuantización, ésta es asumida como un aspecto de la discretización de la carga desde la
física atómica o la mecánica cuántica y consideran someramente los experimentos de
Millikan. En los estudiantes la cuantificación no alcanza ni siquiera a ser un problema
percibido experimentalmente.
Como conclusión de este trabajo consideramos que es posible entonces reorientar el papel
que se le está dando a la experimentación y considerar la riqueza conceptual que allí se
esconde. Saber física no es solamente saber de leyes y teorías, es también el saber
experimental, es darle importancia al diseño y construcción de experimentos cualitativos y
cuantitativos cuya riqueza está en llenar de sentido un conocimiento y también al diseño y
elaboración de aparatos e instrumentos. Al final, todo esto revierte en los libros de texto,
que constituyen una forma de anclar materialmente los conocimientos. Por tanto, es
importante que éstos reflejen la importancia de los experimentos, su relación no subsidiaria
de la teoría y, en último término, contribuyan al equilibrio y complementariedad entre
teoría y práctica.
297
8.3 Sobre las explicaciones de los estudiantes
A partir del análisis realizado a las explicaciones de los estudiantes en los cuestionarios se
encontró que efectivamente presentan dificultades conceptuales sobre la electrificación de
los cuerpos, dificultades que se hacen evidentes en los siguientes aspectos:
- Similitud con visiones históricas que han sido modificadas
- Utilización de lenguaje no significativo
- Realismo ingenuo de la carga eléctrica
*Con relación a la similitud con las visiones históricas encontramos inicialmente algunas
explicaciones de los estudiantes basados en la perspectiva substancialista. Recordemos que
existen históricamente tres maneras de manifestar el substancialismo en los fenómenos
eléctricos: una es la substancia “vapor” o “atmósfera” que sale del cuerpo electrificado, se
dirige al cuerpo neutro liviano y lo atrapa, atrayéndolo hacia si, otra es la electrificación
como un fluido similar al calórico que pasa de un cuerpo electrificado a otro que no lo está
y la tercera, la electrificación como dos fluidos con cargas contrarias que se intercambian
de posición entre los cuerpos frotados. Estas tres formas están presentes en las
explicaciones de los estudiantes, por ejemplo, cuando argumentan aumento de carga por el
movimiento o transferencia de los electrones, cuando los electrones de signos contrarios se
desplazan y anulan o aniquilan entre si y cuando dicen que regiones no frotadas resultan
con carga por la influencia de la región frotada. Es importante anotar que para algunos no
existe límite en el flujo de electrones, ya que cuanto más se frota un cuerpo, más electrones
libera y entonces la carga eléctrica puede aumentar y aumentar…
*La utilización de un lenguaje no adecuado al contexto de la explicación
(descontextualizado) es otro aspecto de evidencia de las dificultades en los estudiantes.
Expresiones como “campo magnético” “se carga electronegativamente”, “partículas
captadas del exterior” o “la causa es el calor” para hacer referencia a la electrificación se
observan con frecuencia en sus explicaciones. La información a la que acceden en los libros
298
de texto, hace que los estudiantes no utilicen con claridad los conceptos aprendidos.
*Por ultimo, se ha odentificado un realismo ingenuo, presente en la asociación de la fuerza
eléctrica con la visión mecanicista, particularmente la newtoniana. Para ellos, la carga es un
poder activo que reside en los cuerpos y se manifiesta cuando el cuerpo es frotado, dicho
poder actúa a distancia y aumenta con la frotación. En expresiones como “mayor frotación
entonces mayor activación” se aprecia como el poder de la carga no tiene límite en
principio.
Estas dificultades evidenciadas en los estudiantes permiten asumir que a pesar de haber
pasado por los cursos de introducción a la física no reconocen ni tienen presente la noción
de campo en sus explicaciones, que recurren a la física de partículas desde modelos
similares a los que han sido replanteados históricamente, particularmente las teorías de
fluidos y la utilización ingenua del modelo newtoniano de acción a distancia con fuerzas
residentes en los cuerpos.
Con las dificultades detectadas, el estudiante no posee elementos conceptuales para abordar
la teoría de campos, ni explicar satisfactoriamente la inducción y polarización eléctrica
como acción del medio, como tampoco avanzar en la construcción significativa del
electromagnetismo y las ecuaciones de Maxwell.
Se encontró que los estudiantes y los libros de texto comparten un lenguaje y una forma de
referirse al fenómeno eléctrico en el que se hace evidente un modelo de partículas que
viajan, fluyen, se acumulan o actúan a distancia. En los modelos presentes se destaca la
ausencia de la perspectiva de campos, por lo menos en lo que se refiere a la acción del
medio y la acción contigua. Así mismo, no hay una representación del campo que
reconozca la polaridad de las partículas del medio y por lo tanto sujetas a una tensión
eléctrica a través de las líneas de fuerza. Finalmente tanto los estudiantes como los textos
no presentan un manejo fenomenológico de la electricidad que se oriente en la perspectiva
de campos, de aquí que carezcan de elementos para pensar la cuantificación de la
299
electrificación como un aspecto del “estado del medio”
*Se identificó que las dificultades que implica en los estudiantes la visión teorética en la
enseñanza de fenómenos como conducción e inducción eléctrica termina por reducirse a un
aprendizaje memorístico, de fórmulas y definiciones cargadas de información abstracta. Al
contrario, se encontró fortaleza en el uso de la filosofía de las prácticas científicas, donde se
abre un panorama de posibilidades de exploración experimental y conceptual en la que los
aparatos e instrumentos se hacen relevantes en la construcción del conocimiento. El
Versorium de Gilbert, o el electroscopio de Faraday, utilizados en los textos para
“evidenciar carga eléctrica”, son estudiados ahora para dar cuenta de las fuerzas de
atracción, de la capacidad de los cuerpos de manifestar la electrificación y para comprender
que el comportamiento eléctrico se da es entre cuerpos electrificados. La experimentación
supera así el papel subsidiario de demostración de la teoría y se establece como forma
genuina de organizar el fenómeno eléctrico y donde el estudiante asume un papel activo en
la construcción de explicaciones sobre la electricidad estática tal que le permitan hacer
comprensible y transformable el mundo que le rodea.
8.4 Sobre la importancia de la teoría de campos y los libros de texto
Al revisar cuidadosamente la presentación que hacen los textos analizados sobre los
conceptos fundamentales implicados en la construcción de la teoría de campos, esto es:
carga eléctrica, conducción, inducción, polarización, conservación y cuantificación, se
identificó que no se corresponde con la visión que históricamente se desarrollo de la teoría
de campos, particularmente la organizada por Faraday y defendida por Maxwell, en los
siguientes aspectos:
1. Para la teoría de campos es fundamental el comportamiento del medio, la fuerza no
reside en los cuerpos electrificados sino en el medio mismo. Los libros de texto analizados
responden al modelo matemático de campo, mezclando teóricamente los modelos de acción
a distancia con la de campos.
300
2. La inducción eléctrica es para Faraday el eje organizador de la teoría de campos, el poder
de acción del medio es inductivo, la polarización y la conducción eléctrica son
manifestaciones de dicho poder. Los dieléctricos se diferencian de los conductores en la
capacidad de sostener la acción inductiva, mientras que los dieléctricos la soportan los
conductores no lo hacen. En los textos analizados no se registra esta importante
consideración de la teoría de campos.
3. Los fenómenos de atracción y repulsión son explicados a partir del comportamiento del
medio, pues cuando las acciones que soportan las partes polarizadas no soporten una u otra
condición, ya sea de resistencia o de tensión se presenta atracción o repulsión. Los textos
analizados utilizan estos fenómenos únicamente para dar cuenta de la existencia de carga
eléctrica y la existencia de dos tipos de electricidad a partir del modelo de acción a
distancia.
4. La teoría de campos tiene una base genuinamente experimental, la experimentación está
en la base de la organización fenomenología de campos. En los textos analizados la
experimentación es escasa y meramente demostrativa.
5. La teoría de campos se construye en oposición al modelo de acción a distancia, los
fenómenos considerados y la experimentación registrada, particularmente la inducción
eléctrica, contrastan con las explicaciones mecanicistas. Los libros de texto yuxtaponen, por
una parte, el modelo de acción a distancia para explicar fuerzas eléctricas y el de campos
para explicar potencial eléctrico y energía eléctrica. Por otra parte, acomodan los pocos
experimentos al modelo que se corresponda y finalmente presentan de forma artificiosa la
formulación matemática para que el estudiante resuelva problemas sobre cargas dejando
atrás las preocupaciones conceptuales.
El hecho de que el modelo de campos sea una buena manera de representar los fenómenos
eléctricos no quiere decir que sea el único y tampoco que no tenga debilidades en su
formulación.
301
8.5 Sobre la propuesta didáctica
Propuestas alternativas para la enseñanza de las ciencias son muchas y muy variadas,
incluso las que hacen uso de la historia de las ciencias. Sin embargo la particularidad de la
propuesta que se presenta está en la intención que la orienta. De una parte se hace uso de la
historia de la física a través de la selección, análisis y recontextualización de episodios y
problemáticas fundamentales y de otra parte recoge elementos de una teoría de contenidos
cuyo aporte se da en la construcción significativa del conocimiento, desde la perspectiva de
la ciencia como actividad humana y cultural. Se busca con ello involucrar los estudiantes en
la actividad misma de organización y construcción de la experiencia, de ampliar su visión
sobre el fenómeno eléctrico y poder confrontar sus explicaciones con las que circulan
tradicionalmente.
Se demuestra la importancia de los aportes de la filosofía de las prácticas experimentales
para nuevos enfoques y orientaciones en la didáctica en la que se destacan aspectos como
los siguientes:
1) Mayor relevancia a los experimentos cualitativos: dar mayor importancia a los
experimentos cualitativos, no solamente para describirlos o justificar la teoría, sino más
bien para mostrar su relevancia en la construcción de conocimiento. En este sentido, este
tipo de experimentos deben contener riqueza conceptual. Las preguntas o situaciones
problema pueden orientar su presentación.
2) Posibilitar la exploración experimental y conceptual: la riqueza conceptual que hay
en la exploración de los fenómenos permite avanzar en la construcción y organización de
explicaciones y confrontaciones por parte del estudiante. Estamos de acuerdo en que
construir conocimiento es llenar de significado una actividad, en este caso, llenar de
significado la experimentación. Esta manera de abordar los fenómenos electrostáticos
permite varias cosas: la persona puede extraer, a partir de la experiencia, conclusiones que
302
le sean significativas en torno al comportamiento de los materiales, enriquecer la
experiencia sensible, empezar a organizar una imagen en torno a lo electrostático,
posibilitar explicaciones ligadas a la experiencia misma y contrastar su conocimiento del
fenómeno con otras formas de conocimiento tradicionalmente aceptadas.
3) La creación de artefactos y el procedimiento material: tanto los aparatos como los
instrumentos que utiliza el científico son relevantes en la construcción de conocimiento. En
los libros de texto no se le da importancia a este parte del conocimiento. Esto implica un
saber práctico que se construye en la medida que se manipulan los recursos, se busca que
funcionen y controlar su funcionamiento. El libro de texto puede contribuir en esta
exploración con preguntas orientadas hacia el diseño y construcción de aparatos.
Se concluye entonces que propuestas como la que se presenta en esta tesis respecto a la
importacia que tiene el medio en lo fenómenos elécrtircos y la necesidad de su
cuantificación son orientadoras de nuevas formas de abordar el conocimiento en la
didáctica de la fisica; de mirar con nuevos ojos los problemas de la enseñanza de la física y
de construir un sentido de apropiación para que el aprendizaje de la ciencia sea incorporado
a las culturas de base para “transformar sus propias formas de vida”, como lo sugería
Heisenberg.
8.6 Sobre el proceso metodológico
Las tres fases en las que se realizó la tesis presentan una forma metodológica de hacer el
proceso. En la primera fase, se destaca la importancia del análisis la estructura retórica de
los libros de texto a través de redes sistémicas y del análisis de las micro y
macroestructuras porque permiten de manera consistente identificar las dificultades de
presentación evidenciadas en dichos libros. Segundo, el uso de cuestionarios con preguntas
abiertas y cerradas, de uso frecuente en la didáctica de las ciencias, porque permite
identificar y hacer seguimiento a las formas de explicar de los estudiantes. Es necesario
resaltar que las preguntas que orientaron los cuestionarios no son diseñadas para indagar
303
“qué sabe” el estudiante sino “cómo explica” lo que sabe. En este sentido se busca
“modelos” explicativos en los estudiantes que puedan asociarse con visiones históricas y
con las formas como los libros de texto presentan los contenidos.
La segunda fase recoge una manera particular de hacer uso de la historia de la ciencia para
la didáctica en la que es necesario para el investigador involucrarse en la actividad misma,
esto implica tener dos funciones, por una parte la función externa de seleccionar y depurar
la información necesaria y suficiente y por otra adentrarse en la problemática propia de la
física en la organización y construcción de la experiencia como tal. Podríamos decir que el
investigador vive el proceso mismo que posteriormente marca la intencionalidad de la
propuesta didáctica.
La tercera fase es la culminación del proceso con la elaboración de la propuesta alterna. La
manera de plasmar la intención didáctica va de la mano con las orientaciones de una teoría
de contenidos que la llene de significado y marque la ruta o forma de proceder. Para el caso
de esta tesis, dicha propuesta posibilitó una manera de organizar y presentar los contenidos
de introducción al electromagnetismo, consecuente con la intencionalidad didáctica que la
orientó.
Finalmente se puede afirmar que en la tesis se utilizaron instrumentos para recoger y
procesar información que posibilitan la identificación y contrastación con otros trabajos de
investigación realizados en la misma dirección.
304
9. PROSPECTIVAS
¿Qué sigue en adelante? La revisión de los programas de licenciatura en Ciencias Naturales
y Educación Ambiental en la componente de Física, los contenidos que corresponden a un
programa de formación inicial docente en la perspectiva de la ciencia como actividad
cultural.
Para el caso de la tesis es necesario ahora considerar su ejecución en uno de los cursos de
formación en física, Su implementación en el aula de clase puede constituirse en si mismo
en un trabajo muy interesante y ser tema de investigaciones futuras. Contrastar con la
formación tradicional y hacer énfasis en la importancia de la actividad experimental como
recurso necesario para construir modelos de explicación significativos orientados hacia
teorías como la te campos. Requiere además hacer un trabajo de elaboración de equipo de
laboratorio didáctico para efectuar las experiencias propuestas en las condiciones
especificadas
Se puede considerar que la propuesta ha establecido nuevas formas de ver los viejos
problemas y poner el énfasis en la explicación significativa considerando relevante la
construcción de la experiencia. La elaboración de una nueva propuesta que pueda delinear
este proceso y avanzar constituye un nuevo problema de investigación; sin duda los
planteamientos de Faraday y de Maxwell son claves para la continuación de este proceso.
305
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INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Cuadro de eventos en libros de texto 175
Tabla 2: Registro de eventos libro 1 178
Tabla 3: Registro de eventos libro 2 181
Tabla 4: Registro de eventos libro 3 184
Tabla 5: Cuadro comparativo estudiantes y libros de texto 244
Tabla 6: Comportamiento de materiales 255
Tabla 7: Cuadro de comparación de estados eléctricos 282
Tabla 8: Cuadro comparativo de contenidos 287
INDICE DE ESQUEMAS Y FIGURAS
Esquema 1: Retórica según Guidoni 93
Esquema 2: Resumen de las aportaciones sobre el comportamiento de los materiales 134
Esquema 3: Resumen de las aportaciones sobre las formas de comunicación de la electrificación 144
Esquema 4: Resumen de las aportaciones sobre el carácter dual de la electricidad 153
Esquema 5: Resumen de las aportaciones sobre inducción y polarización. 163
Esquema 6: Resumen de las aportaciones sobre conservación y cuantificación. 170
Esquema 7: Red Sistémica sobre los contenidos de los textos 174
Figura 1: Mapa conceptual libro 1. 179
Figura 2: Mapa conceptual libro 2 182
Figura 3: Mapa conceptual libro 3. 185
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INDICE DE GRAFICAS
Grafica 1: Barra estadística pregunta 1 187
Grafica 2: barra estadística pregunta 2 188
Grafica 3: barra estadística pregunta 3 189
Grafica 4: barra estadística pregunta 4 191
Grafica 5: barra estadística pregunta 5 192
Grafica 6: barra estadística pregunta 1b 222
Grafica 7: barra estadística pregunta 1c 224
Grafica 8: barra estadística pregunta 3a) y 3b) 229
Grafica 9: barra estadística pregunta 3b1) 3b2) y 3b3) 230
Anexos:
Anexo 1. Malla curricular del programa de licenciatura en educación en ciencias naturales
y educación ambiental del Instituto de Educación y Pedagogía. Universidad del Valle.
Anexo 2. Programa de física II del departamento de Física de la Universidad del Valle.
Anexo 3. Cuestionario a estudiantes del programa de licenciatura en ciencias naturales y
educación ambiental X semestre.
Anexo 4. Capítulos de introducción al electromagnetismo de los libros de texto analizados.
Nota: los anexos se encuentran en formato digital.