EL EXPERIMENTO EN EL AULA DE CLASE (CIENCIAS)
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Rector
Juan Carlos Orozco Cruz
Vicerrector Académico
Edgard Alberto Mendoza Parada
Vicerrectora Administrativa y Financiera
María Ruth Martínez Hernández
Vicerrector de Gestión Universitaria
José Domingo Garzón
© Universidad Pedagógica Nacional
ISBN: XXXXXXXXXX
Primera edición, 2011
Preparación EditorialUniversidad Pedagógica Nacional
Fondo Editorial
Luis Emilio Ávila Rodríguez
Coordinador
Corrección de estilo: Santiago Silva Aponte
Diagramación y diseño: Juliana Avella Vargas
Impreso en Javegraf
Bogotá, Colombia, 2011
Prohibida la reproducción total o parcial sin permiso escrito
de la Universidad Pedagógica Nacional
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El experimento en el aula
Comprensión de fenomenologías y
Construcción de
magnitudes
Centro de investigaciones Universidad Pedagógica Nacional - CIUP
Los Autores:
José Francisco Malagón Sánchez
María Mercedes Ayala Manrique
Sandra Sandoval Osorio
Contribuciones:
Juan David Medina TamayoMilton Tarazona Palacio
Raul Eduardo Moreno Peña
Cesar Augusto Torres Cabra
Bogotá D. C.Mayo de 2011
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Contenido
Presentación 5
PRIMERA P ARTE
Elementos para la reflexión sobre la actividad experimentalen la enseñanza de las ciencias
Construcción de magnitudes y organización defenomenologías 13
SEGUNDA P ARTE
Aportes de los estudios históricos críticos al problema de laexperimentación en la enseñanza de las ciencias
Construcción de magnitudes: el caso de los fenómenostérmicos 39El pH como magnitud: aspectos teóricos yexperimentales 53El caso de la medición del potencial eléctrico: un ejem-plo de recontextualización de saberes 69
TERCERA P ARTE
Estudio de caso y experiencias de aula
La actividad experimental y la fenomenología en tornoa la energía mecánica 97La densidad como magnitud organizadora delfenómeno de flotación de los cuerpos 115
Conclusiones generales 139
Los autores 143
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Presentación
José Francisco Malagón Sánchez
María Mercedes Ayala Manrique
Sandra Sandoval Osorio
Grupo Física y Cultura
Universidad Pedagógica Nacional
Este libro es producto del trabajo de investigación que se ha desarrollado desde
2005 sobre la relación entre el experimento y la construcción de magnitudes,
con el fin de que esta relación proporcione elementos para hacer propuestas
significativas y contextualizadas para las clases de ciencias. Esta preocupa-
ción aparece toda vez que, revisada la literatura vigente sobre el rol que se le
asigna al experimento en las clases de ciencias, se han encontrado al menos
tres tendencias: una, en la que se considera que la actividad experimental en
las clases ciencias debe recrear las condiciones en las cuales se da la actividad
de las comunidades científicas; otra, en la cual se asume una distancia entre laexperiencia en el campo de la actividad científica y la educación en ciencias, y
una tercera, en la cual se propone que la actividad experimental está en estre-
cha relación con la construcción y la comprensión de las problemáticas y los
fenómenos que se trabajan en el aula de clase.
Todas estas posturas se deben leer en relación con las opciones epistemoló-
gicas y pedagógicas que se encuentran en la base, donde el punto de referencia
obligado en la enseñanza de las ciencias son los resultados producidos al interior
de las comunidades científicas y estandarizados por los currículos de ciencias.
Pero pensar en la ciencia como un proceso y una actividad humana implica
hacer de la experimentación un todo con la dinámica de la clase que se pone
en relación con las búsquedas y las posibilidades de comprensión de los estu-
diantes (Segura, 1993).
Unas de las dificultades más importantes para ello es la dicotomía teoría/
experimento, y las oposiciones: cualitativo/cuantitativo; mundo de lo sensible/
mundo de las ideas, que permean la comprensión de la actividad experimental.
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Presentación
Una ruta que este grupo encontró para romper con dichas polarizaciones, es el
vínculo de la actividad experimental con la construcción de magnitudes, para lo
cual se han construido criterios de actuación para el aula y generado propuestas
de trabajo específicas.
Aquí el lector encontrará estudios contextualizados de las relaciones expli-
cativas y de los criterios de validación que se dieron en diferentes momentos
alrededor de problemáticas particulares de organización de las cualidades, así
como de la construcción de magnitudes y escalas de medición a propósito de
fenomenologías como: acidez/basicidad de las sustancias, estados térmicos,
flotación de los cuerpos, fenómenos electrostáticos e interacción entre sistemas
mecánicos, que se convirtieron en estudios de caso para esta investigación.
En estos estudios de caso, se acudió al análisis intencionado de los escritos
originales, lo que permitió estructurar los tipos de fenómenos abordados y
actualizar las problemáticas tratadas.
A partir de los estudios histórico - críticos, se elaboraron criterios para la
organización experimental en la enseñanza de las ciencias, que se concretan
en el diseño y elaboración de módulos para trabajar con docentes de ciencias
de nivel básico y media vocacional. En estos módulos, se hace énfasis en desa-
rrollar un trabajo de conceptualización que lleve al grupo de docentes a pro-
blematizar, cualificar y caracterizar el papel que desempeña la organización dela experiencia en la enseñanza de las ciencias. El trabajo con los docentes se ha
desarrollado a través de talleres que brindan nuevos elementos y robustecen
los ya desplegados desde los estudios histórico - críticos para la comprensión
de las fenomenologías asociadas a la construcción de algunas magnitudes.
A propósito de lo anterior, en los talleres con los maestros han sido objeto
de reflexión las acciones experimentales que se realizan en las clases de cien-
cias, lo cual permite explicitar las dificultades y las posibilidades que surgen de
la manera como son expuestas y estructuradas, así como de las condiciones
provistas para abordarlas.
Un balance de los avances en este proceso, se puede presentar desde dos
dimensiones. La primera, está ligada a la caracterización de las fenomenolo-
gías y a la forma como ésta permite afirmar la convicción que el despliegue de
una actividad experimental está vinculada a la comprensión de los fenómenos
de los cuales se trate. Se muestra así que es estéril –tanto para el campo de la
ciencia como para el de la enseñanza de las ciencias–, la apuesta por encontrar
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formas didactizadas de mostrar las relaciones entre variables o entre factores,
si antes no se han construido los espacios de comprensión de tales relaciones.
En ese orden de ideas, se examinó la relación entre la actividad experimental
y la construcción de medidas y magnitudes, e incluso, de aparatos de medidas
asociadas a estas magnitudes.
La segunda dimensión, se refiere a las reflexiones sobre las intenciones de
la actividad experimental en las clases de ciencias naturales y a las posibilidades
de comprender y de transformar las prácticas en el aula de clase que se derivan
de tales propósitos. En la enseñanza de las ciencias, se ha encontrado que no
se consideran las experiencias que el estudiante trae del mundo cotidiano, el
cual es entendido inicialmente por ellos como el “mundo real”, y termina con-
virtiéndose en un compendio de leyes que se expresan en ecuaciones, peroque no dimensionan el trabajo alrededor de la organización de los fenómenos
que le rodean. La preocupación por la organización y la comprensión de los
fenómenos, demanda no sólo nuevas comprensiones de las disciplinas que se
enseñan sino también nuevas maneras de abordar la actividad experimental
en la clase de ciencias.
Es así como, en un primer momento, la posibilidad de organización de las
cualidades es un terreno fecundo para la comprensión de una fenomenología.
Para tal organización, se pueden seleccionar criterios de organización relacional
y, en este sentido, poner de presente que las cualidades no son en sí mismas,
sino que se relacionan con sus comportamientos. Generalmente, este desarrollo
fenomenológico es puesto en un segundo plano en la educación básica y media,
o incluso ignorado.
Por lo anterior, la posibilidad de involucrar la actividad experimental en la
clase de ciencias tiene que ver con la comprensión de las fenomenologías en
estudio, para la ampliación de la experiencia de los sujetos, para la formalización
de relaciones y para la concreción de supuestos conceptuales. Por ello, desde el
punto de vista pedagógico, la actividad experimental es poco relevante cuandose la reduce a la verificación de relaciones conceptuales construidas en el campo
de la ciencia, especialmente si se examina su contribución a las búsquedas y
posibilidades de comprensión de los estudiantes.
En síntesis, si bien la construcción de magnitudes y de formas de medida
no son el único fin en la clase de ciencias, esta ruta para la comprensión de
fenomenologías ha aportado elementos conceptuales que afianza el interés
del grupo por vincular la comprensión a la ampliación de la experiencia de los
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Presentación
sujetos. Es así como las actividades de carácter experimental, desde nuestro
punto de vista, privilegian especialmente:
• La producción, análisis y organización de efectos sensibles.• La determinación de variables y conformación de relaciones entre éstas
como expresión de la organización lograda de los efectos percibidos.
Aquí es pertinente ampliar el significado del vínculo entre comprensión y
percepción, el cual se constituye en un criterio cognitivo y pedagógico de gran
importancia en nuestra investigación, pues “lo sensible” está cruzado por
construcciones y organizaciones “teóricas” precedentes, o formas lógicas de
organizar, y remite a las comprensiones que se tienen sobre el fenómeno cuando
la percepción es intencionada. La percepción se distancia de la evidencia primera
o se libra del obstáculo de contemplación, dado que es posible establecer unoperar o hacer operar diferentes asociaciones, de ahí que el fenómeno no sea
estático o inmutable (Mach, 1925).
La experiencia sensorial procura una primera aproximación al mundo feno-
ménico, ésta hace aparecer ante nosotros “[…] objetos que son posibles de
describir en términos de formas, colores, tamaños, texturas, o disposición de
sus partes […]” , lo cual «[…] nos sumerge en la posibilidad de la pregunta, la
proyección de la hipótesis y la construcción del problema […]” que permitirá
la elaboración de explicaciones a las dinámicas que acontecen y que hacen se
construya la posibilidad de nuevas comprensiones (Valencia, Méndez, y Jiménez,2006, citado por Sandoval, 2008:57).
Algunos autores afirman que “(1) El conocimiento no se recibe pasivamente,
ni a través de los sentidos, ni por medio de la comunicación, sino que es cons-
truido activamente por el sujeto cognoscente; y (2) La función de la cognición
es adaptativa y sirve a la organización del mundo experiencial del sujeto, no al
descubrimiento de una realidad ontológica objetiva” (Von Glasersfeld , 1996,
citado por Sandoval, 2008:57).
En conclusión, acudir a la percepción no es quedarse en el primer aspectoque algo ofrece, es un proceder interpretativo.
Para abordar los diferentes aspectos de la discusión anterior, este trabajo
se organizó en tres partes. En la primera, se hace una presentación del pano-
rama general construido a lo largo de la investigación en torno a tres aspectos
principales:
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El experimento en el aula. Comprensión de fenomenologías y construcción de magnitudes
• El problema del experimento en la ciencia y sus implicaciones para la en-señanza de las ciencias.
• El concepto de magnitud y de medida en relación con la actividad expe-
rimental.
• El papel del experimento en la construcción de magnitudes.
En la segunda parte, se presentan tres estudios de caso y se acude a los
análisis históricos - críticos para su análisis: los fenómenos térmicos y la tempe-
ratura, lo ácido y lo básico y el pH, los fenómenos electrostáticos y el potencial
eléctrico. Con esto se ponen de manifiesto las relaciones entre la conformación
de fenomenologías, la construcción de magnitudes y la elaboración de procesos
de medición.
En la tercera y última parte, se presentan dos experiencias de aula: uno,la relación configuración / movimiento y el caso de la energía mecánica con
estudiantes de grado 10, y dos, los fenómenos de flotación y densidad con
estudiantes de grado 8, las cuales son desarrolladas por los profesores Raúl
Eduardo Moreno Peña y César Augusto Torres Cabra. Estas experiencias pre-
sentan rutas para el trabajo en el aula basadas en las discusiones hechas con
el grupo de investigación y muestran elementos interesantes para la discusión
del rol de la actividad experimental en la enseñanza de las ciencias.
Este libro no hubiera sido posible sin la colaboración de los monitores de
investigación Alejandro Uribe Cortes, Maria Alejandra Castillo Rodriguez y Fan-ny Lucia Vargas Mora, estudiantes de Licenciatura de Física de la Universidad
Pedagógica Nacional, en el marco del proyecto de investigación la actividad
experimental en la enseñanza de las ciencias. Y Johanna Marcela Pedraza Gúzman,
estudiante de Licenciatura en Química de la Universidad Pedagógica Nacional,
Yuly Andrea Gualtero Martínez y Martha Andrea Vargas Guerrero estudiantes
Licenciatura de Física de la Universidad Pedagógica Nacional, en el marco del
proyecto de investigación la actividad experimental para la comprensión de
fenómenos en la enseñanza de las ciencias. Ambos proyectos financiados por el
Centro de Investigaciones de la Universidad Pedagógica Nacional.
Especial agradecimiento a la profesora Liliana Tarazona Vargas, quien estu-
vo vinculada al equipo de investigación durante varios años. Igualmente a los
profesores Lina Viviana Melo Niño, Martha Lucia Rodríguez Rodríguez y Yenny
Yohanna Pineda Ballesteros quienes participaron en diferentes fases de estos
proyectos.
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Presentación
Bibliografía
Mach, Ernest (1925). Análisis de las sensaciones. Barcelona: Ediciones Alta Fulla.
Sandoval, Sandra (2008). La comprensión y construcción fenomenológica: una perspec-tiva desde la formación de maestros de ciencias. Tesis de Maestría. Maestría en Educación.
Bogotá: Universidad Pedagógica Nacional..
Segura, Dino (1993). La enseñanza de la física: dificultades y perspectivas. Bogotá:
Fondo Editorial Francisco José de Caldas.
Valencia, Steiner, Méndez, Olga y Jiménez, Gladys (2006). Módulo el terrario. Una
perspectiva fenomenológica para la comprensión de lo vivo. Programa de Especialización
en Docencia de las Ciencias para el Nivel Básico. Departamento de Física. Bogotá: Uni-
versidad Pedagógica Nacional.
Von Glasersfeld, Ernst (1996). Aspectos del constructivismo radical. En: Pakman, Mar-celo (comp.) Construcciones de la experiencia humana, vol I (traducción de José Ángel
Álvarez). Barcelona: Gedisa.
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PRIMERA P ARTE
Elementos para la reflexión sobre la actividad
experimental en la enseñanza de las ciencias
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Construcción de magnitudes y
organización de fenomenologíasUna propuesta para la actividad experimental en
la enseñanza de las ciencias
María Mercedes Ayala Manrique
José Francisco Malagón Sánchez
Sandra Sandoval Osorio
Grupo Física y Cultura
Universidad Pedagógica Nacional
Introducción
La física, la química y la biología son consideradas ciencias empíricas por el pa-
pel central que desempeña el experimento en su desarrollo; sin embargo, es la
física la que ha sido objeto de un mayor número de tratados sobre la prácticaexperimental realizada en ella y la ciencia que se ha constituido en referencia
de dicha actividad. A pesar del calificativo común, la actividad experimental en
ellas presenta rasgos distintivos que ameritan ser analizados a través de estudios
de caso; algunos de los cuales se ven cuando se examina la dinámica histórica
de la actividad experimental en cada una de estas disciplinas.
La física deviene en la disciplina que hoy reconocemos en la primera mitad
del siglo XIX, como producto de la fusión de dos grandes tradiciones: de una
parte, la mecánica que aporta la relevancia de las matemáticas en los procesos de
formalización de los fenómenos físicos y, de otra, las, así denominadas por Kuhn,
ciencias baconianas (Kuhn, 1988), que involucra los estudios sobre la electricidad,
el magnetismo y el calor realizados principalmente en el siglo precedente y que
imprime el otro rasgo característico de esta disciplina: el experimental. (Véase
al respecto Harmann, 1982).
La mecánica, que hunde sus raíces en la filosofía natural, logró un desarrollo
importante en el siglo XVIII con pensadores como Bernoulli, Euler, D’Alambert,
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Construcción de magnitudes y organización de fenomenologías. Una propuesta ...
Lagrange y Laplace, y se convirtió en el fundamento y el referente de la física
del XIX aún para aquellos espacios fenoménicos que se conformaron en el siglo
anterior de manera independiente a las concepciones, principios y desarrollos
de este campo de estudio.
Por su parte, la actividad experimental en las ciencias baconianas, caracte-
rizada por centrarse en la producción de efectos, así como en el instrumental
material y procedimental requerido para ello, adquiere su máximo desarrollo
en este siglo, gracias a la actividad desplegada por Faraday, Hertz, Helmholtz,
entre otros.
La importancia que adquiere la práctica experimental aumenta dada la po-
sibilidad de medir con exactitud, cuando el término exactitud es sinónimo de
precisión numérica. Tal tendencia se incrementó en el contexto de la industria-
lización, cuando el requisito de precisión numérica fue reforzado y justificado
racional y teóricamente con la elaboración de una teoría de errores relacionada
con la teoría de probabilidades, al asimilar el concepto de probabilidad al de
“frecuencia”, y al darle el significado “subjetivo” de derivar conocimiento de
un conjunto de datos incompletos (Paty, 1999).
Desde finales del XIX, con la emergencia y la consolidación de la perspecti-
va positivista, se hizo un giro hacia los puntos de vista hipotético - deductivos
de la ciencia, haciendo énfasis en el ámbito experimental en el contexto dejustificación, lo que llevó a que las preguntas por la lógica del descubrimiento
fueran desplazadas por otras acordes a la lógica de la justificación. (Koponen y
Mäntylä, 2006), (Mari, 2003)1 Luego, desde las primeras décadas del siglo XX, con
el desarrollo del campo de las partículas elementales y la posterior construcción
de los grandes aceleradores, se llevó a cabo un cambio radical en la práctica
1 En el siglo XX, derivado del empirismo y del positivismo, se da un cambio radical al concepto de
medida. (Mari, 2003) Estas consideraciones metafísicas, según las cuales se acepta que los númerosestán en las cosas, pierden su fundamento; se adoptan otras bases para el análisis de las cosas: todavalidez radica en la sensación, observación y, en últimas, la medida; con nuevos fundamentos. Conbase en estos postulados, “los fenómenos no contienen nada numérico únicamente nuestra sensa-ción, se pueden producir conceptos numéricos estableciendo un proceso para medirlos, luego los nú-meros son asignados a la naturaleza por nosotros mismos”. En ese sentido, la medida es un protocolode la verdad, el medio privilegiado para establecer el criterio último para decidir la verdad o la false-dad de las armaciones. Si es un problema convencional, entonces, ¿qué es la verdad? Se habla de unverdadero valor; de alguna manera se pasa de un criterio de vericación a un criterio de aceptacióncomo un medio para soportar si la medida es o no aceptada. Luego no hay nada que fundamente lamedida y la verdad, no hay nada externo como referencia para la medida, luego se busca un referenteinterno de tipo formal y se fundamenta el pensamiento sobre la medida y se retoman axiomas sobrela aritmética por ejemplo para esto.
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experimental en física, caracterizándose por el trabajo colectivo, la división del
trabajo y la especialización en técnicas y procedimientos.
Por su parte, la química, comienza a desarrollar su aspecto moderno enel siglo XVII, en los días de Boyle, y al terminar el siglo XVIII es expresión de
los desarrollos y del carácter que adquiere la actividad científica en este siglo.
Después de ser publicado el Tratado elemental de química, de Lavoisier, con el
que inició a la ruta hacia la matematización y a la experimentación cuantitativa
en este campo, “[…] era ya una ciencia madura, bien formada, con paradig-
mas propios y con una fuerte capacidad de predicción.” (Villaveces, 2002: 10).
En el siglo XIX, los químicos no sólo demostraron la naturaleza atómica de la
materia, sino también el carácter eléctrico del enlace químico y la necesidad
de que los átomos tuvieran una estructura interna; esto último, a partir delnexo establecido entre los fenómenos químicos y los eléctricos. En el lapso de
un siglo, los químicos pusieron un orden en el mundo material, mostraron las
relaciones entre miles de sustancias conocidas y produjeron sustancias nuevas
en un proceso intencional de búsqueda de propiedades (los colorantes y los
cauchos naturales, por ejemplo, comenzaron a ser reemplazados por sustancias
con las mismas propiedades en mayor grado, y se desarrolla la investigación
en la industria farmacéutica), creando un mundo donde las sustancias que
conforman el entorno del hombre de finales del siglo, no existían cien años
antes. (Villaveces, 2002: 11). De esta manera, se instaura una nueva forma delquehacer experimental en la química.
En relación con este proceder en la actividad experimental en las ciencias,
se puede decir, con Bachelard, que en la ciencia contemporánea se da un doble
movimiento: el empirismo necesita ser comprendido y el racionalismo necesita
ser aplicado- Los fenómenos de la ciencia contemporánea son el resultado
de este doble movimiento en el cual se ha producido una organización de la
experiencia sensible que a su vez se ha convertido en un fenómeno ordenado.
No se puede comprender la temperatura y su medida mediante instrumentos
como el termómetro por su vínculo con la experiencia inmediata de lo sensible,
pero tampoco es posible hacerlo sin la percepción de lo frío y lo caliente. Sin
la organización de los fenómenos térmicos, jamás se sabría si lo que mide el
termómetro está relacionado o no con lo que consideramos en lo cotidiano
como frío y caliente. Igualmente, la ciencia química se instala como moderna
y contemporánea al convertirse en expresión de este doble movimiento: las
transformaciones de las sustancias es el conjunto de manifestaciones que nos
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Construcción de magnitudes y organización de fenomenologías. Una propuesta ...
permiten caracterizar una reacción química, una síntesis química o un análisis
químico; su estudio implica una actividad experiencial informada que produce
un distanciamiento de la experiencia inmediata.
Según Villaveces (2002:10) si bien la química ha sido una disciplina muy
fuertemente desarrollada en sus aspectos prácticos y fuertemente enraizada
en el mundo contemporáneo, sus bases teóricas son endebles y su relación con
el conjunto de la ciencia naturales problemática. Sobre ella pesa, dice el autor,
una postura fisicalista ampliamente compartida por filósofos y científicos, se-
gún la cual, una vez trascendido el instrumentalismo de la química y al llegar al
meollo de sus cuestiones, se encuentra a la física; postura que, posiblemente
hunde sus raíces en el desarrollo que logró la físico-química (la termoquímica y
la electroquímica) en el siglo XIX, la cual comienza a ser considerada como unode los componentes principales de la química teórica. Esta posición se reforzó
con el surgimiento y el desarrollo de la química cuántica. Tal postura puede ha-
ber limitado el desarrollo teórico de la química, así como la reflexión filosófica
y epistemológica sobre la misma, lo cual puede a su vez explicar la escasez de
trabajos en torno a la caracterización de la actividad experimental en química.
No obstante, esta afirmación resulta controvertida si se trata de afirmar
que los progresos de la química son el resultado de utilizar teorías de la física
para explicar fenómenos de transformación de las sustancias. Al contrario, se
puede asumir que la química se ha encargado de sistematizar los factores y
condiciones que afectan los procesos que se dan en estas transformaciones y
así se ha creado un corpus teórico - experimental que explica, produce y predice
los eventos químicos, incluso allegando formas mecanicistas o energetistas, si
fuese necesario.
La actividad experimental para la química de los siglos XIX y XX, se constituye
en un orden que se impone a la naturaleza para producir nuevas ordenaciones
y crear fenomenologías. En la indagación por el comportamiento de las sus-
tancias, la creación de hechos experimentales aparece como la posibilidad dehacer el ejercicio de interrogar al fenómeno proponiéndole condiciones que
le son impuestas, para que se muestre en relación con las nuevas exigencias.
Por ello ya no es ni suficiente ni necesario acudir a las regiones de la física
para validar las comprensiones que se han logrado en este campo, o forzar a
que correspondan con las estructuras de las teorías físicas, pues en la pluralidad
de realidades producidas han mostrado una actividad creadora y fructífera.
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El experimento en el aula. Comprensión de fenomenologías y construcción de magnitudes
Por último, en lo que se refiere a las ciencias biológicas Santesmases, plan-
tea cómo, en sus inicios, éstas tuvieron, primero en la observación sistemática
y luego en la observación extendida por el microscopio, el modo principal de
conocimiento sobre el mundo de los seres vivos:
La morfología, la forma de los seres vivos en los distintos estados de su de-
sarrollo, proporcionó un conjunto de información sobre ese mundo natural
que resultaría nalmente complementaria con la experimentación con seres
vivos… para terminar por ofrecer un cuerpo de conocimiento coherente en el
que la forma y la función podrían explicarse entre sí (Santesmases, 2002: 273).
En el siglo XVII, la biología experimental manejó el microscopio usado por
Robert Hooke. Dos siglos después, Volta aplicó la corriente eléctrica de para
excitar músculos y nervios, y diseñó instrumentos para medir los fenómenos,su intensidad, su duración, su calor, su forma. Ya a mediados del siglo XX, las
‘ciencias de la vida’ aprovecharon los instrumentos que la física de altas energías
había generado:
Aparatos de difracción de rayos X fotograaron la estructura de las macro -
moléculas biológicas y combinados con ordenadores cada vez más potentes
y rápidos, desvelaron (sic) la estructura -la forma- de las macromoléculas
biológicas (proteínas, ácidos nucléicos, hidratos de carbono); los isótopos
radiactivos de algunos elementos obtenidos por sión se introdujeron por
síntesis química en moléculas de gran tamaño y con los contadores de cen-
telleo complejas reacciones bioquímicas pudieron seguirse en el tubo de
ensayo comprobándose las transformaciones que aquella molécula provista
de marcaje isotópico sufría a lo largo de la experimentación (Santesmases,
2002: 271).
La biología experimental debe, a la filosofía natural primero y a la física
después, los dispositivos y los métodos que hicieron de ella una ciencia expe-
rimental. Habría que recalcar que sin la actividad de observación detallada e
informada, sin una observación intencionada, no se habría producido el ejercicio
de distinción, discriminación y delimitación de nuevos objetos de estudio de las
ciencias biológicas.
Hasta aquí hemos destacado algunos aspectos de la actividad experimental
en el devenir de las ciencias de la naturaleza. Pero, es claro que aquello que
ocurre en el desarrollo histórico de las ciencias, no necesariamente acontece
a nivel de las prácticas pedagógicas, en particular en lo referente a la actividad
experimental. Se podría decir, por ejemplo, que en la enseñanza de la física, a
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Construcción de magnitudes y organización de fenomenologías. Una propuesta ...
pesar del reconocimiento que acostumbra hacer a la práctica experimental, ésta
suele ser omitida, posiblemente por el carácter realista que se le atribuye a las
teorías físicas; considerándose así que las cosas ocurren tal como se enuncianen ellas; concepción que centra los esfuerzos en la enseñanza de conceptos y
teorías.
En contraste con la física, en la enseñanza de la química y de la biología,
la actividad experimental desempeña un papel importante y se constituye en
una vía efectiva para la enseñanza de estas ciencias, que permite vincular los
planteamientos teóricos y la práctica. Sin embargo, vale la pena preguntarse
por la orientación que se da y que puede darse a la actividad experimental en
el aula en la enseñanza de estas disciplinas.
Si bien los elementos histórico-filosóficos sobre la actividad experimental
mostrados y disponibles son interesantes, éstos resultan insuficientes a la hora
de enfrentar la enseñanza de las ciencias. Una actividad pedagógica orientada
a proveer condiciones para la organización y ampliación de la experiencia, así
como para la comprensión de fenómenos, exige superar las caracterizaciones
generales de la experimentación; y exige, además de emprender estudios de
caso a través de análisis histórico - críticos con fines pedagógicos, definir pers-
pectivas fructíferas para este propósito. A continuación se sustenta la necesidad
y la posibilidad de desarrollar nuevas perspectivas de análisis de la prácticaexperimental, cuando anima una intención pedagógica.
La relación teoría-experimento mediante estudios
históricos
A la física se le suelen asignar dos rasgos característicos, considerados a su vez
como rasgos del modelo de cientificidad (Paty,1999:1) es una ciencia experimen-
tal, y 2) mantiene una íntima relación con las matemáticas. Tradicionalmente, se
entiende que estos rasgos corresponden, en principio, a dos aspectos no sólodiferentes sino opuestos. Mientras que con el segundo rasgo se alude al carác-
ter matemático de los planteamientos teóricos y que expresa, para muchos,
el alto grado de coherencia y precisión alcanzado en la elaboración teórica,
con el primero se busca hacer énfasis en el acuerdo o concordancia entre los
planteamientos teóricos y la forma cómo funciona el mundo físico, o, en otros
términos, en la validez empírica de dicho conocimiento.
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El experimento en el aula. Comprensión de fenomenologías y construcción de magnitudes
El papel que se asigna al experimento oscila entre dos posiciones extremas
(Khun, 1988): desde la perspectiva hipotético - deductiva, el experimento es un
medio para validar el conocimiento que se tiene de los fenómenos físicos; y,desde la perspectiva inductivista, es la base para la elaboración del conocimiento
sobre los mismos. En ambas posturas se toma como sustento una separación
entre teoría y práctica, o en otras palabras, una separación entre el mundo de
las ideas y el mundo sensible, y se considera que, a través del experimento, de
alguna manera se establece un nexo entre estos dos mundos. En un caso, el
experimento es entendido como el juez de la teoría en la medida que, a través
suyo, se refutan o verifican sus predicciones. Desde esta perspectiva, la teoría
es condición de posibilidad del experimento puesto que mediante ésta se define
en qué consiste éste, qué efectos producir, qué se debe observar y qué se debemedir. En el otro caso, se considera que es posible descubrir cómo funciona el
mundo mediante la observación directa de los hechos físicos y su organización:
estableciendo sus regularidades, se da origen a las leyes y con la estructuración
de éstas a las teorías (Malagón, 2002). En este sentido, la teoría es resultado del
experimento. La relación teoría - experimento es el eje de discusión de estos
planteamientos sobre el papel que desempeña el experimento en la actividad
científica. Pero es importante tener en cuenta que esta relación es variable
y compleja. No existe una única manera de concebir su concreción, pues tal
relación es contextual, no es universal ni ahistórica.
En la diversidad de trabajos de corte histórico que circulan en la actualidad
sobre el papel del experimento en la actividad científica y los rasgos que éste
adquiere, es posible vislumbrar la variabilidad y la complejidad de la relación
teoría - experimento, lo que permite concluir que la caracterización del ex-
perimento, en su relación con la teoría, no puede reducirse a su tipificación
dicotómica de fuente o de medio de validación de la teoría. Para ilustrar esta
afirmación, presentaremos a continuación apartes de cuatro estudios sobre la
práctica experimental en la física en los siglos XVIII y XIX.
Empezamos con algunos aspectos de la síntesis histórica que elaboran
Koponen y Mäntylä (2006) sobre el papel del experimento en la física. Estos
autores comienzan señalando los límites del experimento en la validación de
los enunciados teóricos en el “método de Newton”, ideal de las ciencias físicas
durante el siglo XVIII. Teniendo en cuenta que en éste, la descripción matemá-
tica de las regularidades, que se puede encontrar en los hechos a través de la
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observación cuantitativa y del experimento, está separada de la invención de
explicaciones físicas, las descripciones matemáticas son las que se pueden com-
probar empíricamente. Los resultados experimentales son usados, en esta pers-pectiva, para deducir leyes a través de generalizaciones inductivas que abarcan
las regularidades y las características generales encontradas en la naturaleza.
En contraste con el uso newtoniano del experimento, Koponen y Mäntylä
destacan el enfoque fenomenológico característico de la actividad experimen-
tal desarrollada por Faraday, Helmholtz y Hertz en el siglo XIX. Los resultados
experimentales no se utilizaban como base para la formulación de hipótesis,
sino que eran tomados como representación de las regularidades encontradas
en los fenómenos. Así, el descubrimiento de nuevos fenómenos, su examen
y las conexiones existentes entre diferentes fenómenos, se convirtieron enuna forma de la física experimental hasta mediados del siglo XIX. El trabajo
de Faraday estaba, básicamente, libre de matemáticas. Para estos autores, un
aspecto característico del estilo de Faraday, era el uso exploratorio e imagina-
tivo de las prácticas experimentales, mediante el cual se daba la posibilidad de
variar y de transformar los diseños y las situaciones experimentales en función
de las preguntas y presupuestos que orientaban la actividad experimental,
desarrollándose una forma de razonar que se podría considerar como propia
de esta forma de experimentar.
El punto de vista empirista y fenomenológico de Helmholtz, para Koponen
y Mäntylä, se refleja en su estilo experimental, que era a la vez exploratorio,
por un lado, y constreñido por la teoría, por el otro. En la investigación de Hel-
mholtz, nuevos dispositivos son constantemente imaginados y diseñados para
responder a nuevos problemas con el ánimo de resolverlos. Para estos autores,
una mezcla similar de fenomenología y de un estilo exploratorio se ve en el tra-
bajo experimental de Hertz. A diferencia de Faraday, afirman ellos, Hertz usa la
teoría para analizar la operación de dispositivos y mejorar su funcionamiento,
pensaba que una teoría abarca el contenido fenomenológico y factual de las
leyes teóricas sin referirse a las causas de los fenómenos.
Es especialmente relevante para el debate sobre la relación teoría - expe-
rimento, tener en cuenta ahora la clasificación que hace Kuhn (1988) de las
ciencias en el siglo XVIII, en ciencias clásicas y ciencias baconianas, en la medida
que emergen nuevos rasgos de la relación entre la actividad teórica y la activi-
dad experimental. En especial pone de presente que si bien toda organización
conceptual siempre tiene arraigo en alguna organización de la experiencia que
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puede ser cotidiana o creada en situaciones particulares de experimento, la ac-
tividad experimental, orientada a ampliar la experiencia sensible, se diferencia
sustancialmente de aquella dirigida a contrastar hipótesis, donde los resultados
experimentales se pueden prever a partir de una elaboración teórica propia-
mente dicha o de las predicciones que se derivan de la organización lograda
de la experiencia cotidiana.
Refiriéndose a la actividad científica en el siglo XVIII, Kuhn (1988) ubica la
química y el estudio sobre el calor, la electricidad y el magnetismo en lo que
denomina las ciencias baconianas, caracterizadas por el destacado papel que
desempeñó la actividad experimental en ellas y por la forma que adquirió. En
contraste con los experimentos realizados durante el siglo XVII, destaca Kuhn,
que para su realización no requerían del uso de instrumentos especiales y queen su mayoría podría decirse eran experimentos pensados en cuanto sus resul-
tados podían preverse con seguridad a partir de la experiencia cotidiana, los
experimentos efectuados por los baconianos, rara vez, fueron llevados a cabo
con el objetivo de verificar hipótesis, más bien los hacían para obtener conoci-
miento a partir de la observación, para saber cómo se comporta la naturaleza
en condiciones que difícilmente se darían en ella de manera espontánea, en las
que no se encontraría sino se actuara sobre ella, y se empieza así una nueva
práctica experimental. En estas circunstancias, tenía más valor el experimento
que la teoría. Como consecuencia de lo anterior, señala también Kuhn y comootra característica del movimiento baconiano, se tiene el arsenal instrumental
generado para la realización de la nueva práctica en el siglo XVIII: telescopios,
microscopios, termómetros, barómetros, bombas de aire, generadores y de-
tectores de carga eléctrica, pilas eléctricas y calorímetros, entre otros.
Guijarro Mora (2001) contribuye también a nuestro análisis de la relación
teoría-experimento. Refiriéndose al siglo XVIII, hace una presentación sobre la
actividad experimental con el propósito de caracterizar el trabajo experimental
de Petrus Van Musschenbroek y el contexto en que se realiza; presentación que
no obstante tiene una serie de coincidencias tanto con los planteamientos de
Kuhn, como con los de Koponen y Mäntylä, permite ver otros matices de la
actividad experimental en el mismo siglo, así como la riqueza que aportan los
estudios de caso.
Para Guijarro Mora (2001), la física experimental representó, durante ese
siglo, una opción dentro de las ciencias físicas en dos sentidos principalmente.
De una parte, como vía de indagación de los procesos microfísicos (térmicos,
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eléctricos, magnéticos, etc.) desde un enfoque fenomenológico;2 de otra, como
principio demostrativo de la viabilidad de los presupuestos teóricos aplicados
en los estudios naturales donde se desarrollaron los trabajos asociados confenómenos cuya explicación no se ajustaba a modelos basados exclusivamen-
te en las leyes mecánicas generales: vgr . la naturaleza de la fuerza, categoría
explicativa introducida por la filosofía natural newtoniana, es expuesta a través
de sus efectos visibles para dar cuenta de fenómenos relativos a la electricidad
y al magnetismo.
Guijarro (2001) considera que durante el Siglo de las Luces se desarrollaron
tres orientaciones que convivieron durante este período, relacionadas con las
‘matemáticas mixtas’ y con la filosofía natural. Estas aprovecharon las ventajas
del experimento, y por ello, en la historiografía se ha asociado con la disciplina
conocida como Física experimental:
1. La mecánica práctica, incorporada en la física general, cuyo propósito eracomprobar, partiendo de principios matemáticos, la aplicación de éstos asituaciones reales. Los desarrollos logrados en torno al análisis del roza-miento en este siglo (s. XVIII) ilustra esta perspectiva.
2. La física experimental matemática, desarrollada a lo largo de todo el sigloXVIII, empleó los experimentos en el sentido que lo hizo Newton en la Ópti-ca, es decir, para determinar propiedades generales que después pudieranser matematizadas.
3. La física experimental en sentido estricto.
2 En Petrus Van Musschenbroek y la física experimental del siglo XVII”. Asclepio, vol. LIII-2 pp. 191 a212. Universidad Rey Juan Carlos, V.Guijarro Mora, (2001) arma: “Dentro de esta opción se impulsa-ron especialmente los estudios de física particular, orientada al análisis de las propiedades no comunesa todos los cuerpos, que hacen referencia al calor, al sonido, a la transparencia, a la solidez, a la electrici-dad, al magnetismo, etc. Se consideraba que era posible distinguir las propiedades generales (o comu-nes a todos los cuerpos que afectan a la materia ordinaria) dos clases: las propiedades de primera clase
comprenden, la extensión, la impenetrabilidad, la fuerza de inercia, la movilidad, la ‘reposabilidad’ y la ‘- gurabilidad’, y las de segunda clase, la gravedad y la fuerza de atracción. La física experimental se ocupade los cuerpos en general. La física particular, por su parte, está basada en las propiedades no comunesa todos los cuerpos. En este caso, nos encontramos con una larga lista en la que aparecen referencias alcalor, el sonido, la transparencia, la solidez, etc. Aquí, se incluyen los siguientes estudios: Electricidad, Agua, Fuego, Aire, Luz, Meteorología (fenómenos atmosféricos), Historia natural (cuerpos terrestres).La división entre la parte general y la particular de la física experimental no expresa una distancia infran-queable: una parte importante de las áreas contempladas en la física particular se encuentran conecta-das con la general (por ejemplo, el estudio de las propiedades del agua o del aire derivadas de su peso). Además, al considerar la virtud atractiva como una propiedad general, cuyo estudio podía acometerseconsiderando sus efectos y sus leyes, algunos campos (electricidad y magnetismo) relegados a estudiosdescriptivos propios de las historias naturales podrían consolidarse como disciplinas características de lafísica general”.
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Para Guijarro (2001), los planteamientos de la física experimental en sentido
estricto, no se inspiraron en el legado newtoniano, en los Principios matemáticos
ni en el de la Óptica, sino que se remiten a la herencia de personajes como Boyle,
Hooke, Mariotte, Ricciolli, Grimaldi y Rohault. Las matematicas no tuvieron cabi-
da en esta corriente de la fisica experimental. Sus prácticas se diferenciaron, por
tanto, de aquellas de los físicos matemáticos experimentales, como, Aepinus,
Cavendish y Coulomb, quienes sí podrían reclamar con justicia ser herederos del
filósofo natural inglés. En estos últimos personajes se encuentran rasgos distinti-
vos de la metodología e ideales que Newton puso en práctica en la Óptica, donde
la finalidad, no era tanto la combinación de especulación y experimento como
la de buscar propiedades que admitiesen la matematización. (Guijarro, 2001)3
Éstas no eran las ideas que los físicos experimentales en sentido estrictotenían en mente a la hora de emprender sus labores características. Para ellos,
el experimento no estaba destinado a distinguir alguna propiedad general, como
hace Coulomb (Coulomb, 1785) en el caso de la electricidad o del magnetismo
con las fuerzas eléctricas y magnéticas, y que la balanza de torsión (como el
prisma, en el caso de Newton) hace visible ( Uribe, 2008)4. Sus propósitos tenían
otras finalidades, que pueden sintetizarse en: detectar el efecto de propieda-
des, visualizar los fenómenos inaccesibles, y exhibir rasgos y peculiaridades de
los fenómenos (Guijarro, 2001). En definitiva “la física experimental en sentido
estricto constituyó una manera específica de abordar los problemas físicos cuyoestilo se desarrolla en los tratados de Desaguliers y Hauksbee, se sistematiza
en los manuales de Musschenbroek y culmina con Volta”.(Guijarro, 2001:212),
Los procedimientos consolidados en la física experimental en sentido
estricto condujeron a importantes descubrimientos y significaron un impulso
extraordinario del método experimental, materializado en el desarrollo y en
3 Como bien lo señala Guijarro, el experimento aquí aparece vinculado a presupuestos matemáticosy mecánicos que permiten, conectar, como lo hizo Newton, aspectos cualitativos como puede ser la
producción de los colores cuantitativos como lo son los índices de refracción de los distintos tipos decorpúsculos que componen la luz, mostrando experimentalmente que esta conexión es constante.De esta forma se inicia la matematización de una propiedad física como es el color.
4 “La balanza de torsión le sirve a Coulomb para medir las pequeñas fuerzas involucradas en lasatracciones y repulsiones eléctricas y magnéticas, y realizar con ella los experimentos enfocados amostrar la ley que describe la fuerza que actúa entre dos cuerpos cargados con algún tipo de electri-cidad y para cuerpos que presenten propiedades magnéticas. Con su trabajo Coulomb logra dar unviraje al estudio de la electricidad y magnetismo llevándolo del plano cualitativo dado por la obser-vación a un plano cuantitativo con el que se matematizan las cualidades observadas estableciendode esta manera una nueva ruta para su análisis, al congurar la fuerza eléctrica y magnética, a travésde la caracterización por él lograda de ellas con sus experimentos, en la base de explicación de estos
fenómenos” (Uribe, 2008:19).
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la atención a las condiciones prácticas de aplicabilidad de los presupuestos
teóricos. Pero, se enfatiza en que “el desmesurado énfasis en la información
sensorial tanto para la confección de analogías y modelos explicativos como
para la aceptación de hipótesis alternativas, limitó la consistencia, el alcance y
la solidez de las teorías sugeridas en este ámbito” (Guijarro, 2001: 212) , de modo
que la tendencia, a finales del siglo XIX dentro de los estudios experimenta-
les, se basó en la admisión de la separación entre modelos conceptuales y el
mundo real, considerándose que el punto de partida de la actividad teórica no
debía necesariamente estar condicionado por la experiencia, sino únicamente
sus consecuencias. Al respecto, el siguiente fragmento tomado del capítulo
introductorio del los Principios de la mecánica de Henrich Hertz, es ilustrativo:
Nosotros nos formamos nuestras propias imágenes o símbolos de los objetosexternos; y la forma que damos a ellos debe ser tal que las consecuencias ne-
cesarias de las imágenes en el pensamiento sean siempre las imágenes de las
consecuencias necesarias en la naturaleza de las cosas guradas. […] Debe
haber una cierta conformidad entre la naturaleza y nuestro pensamiento. Las
imágenes de las que aquí hablamos son nuestras concepciones de las cosas,
con las cosas mismas, ellas están en conformidad en un importante aspecto,
nominalmente, en satisfacer el requerimiento arriba mencionado […] [el
destacado es nuestro].
En síntesis, si se examina la dinámica del conocimiento, se puede afirmarque no es posible establecer una separación tajante entre la actividad teórica y
la actividad experimental, estas actividades mantienen una relación dinámica y
compleja. Aún la observación o registro de datos, que podrían señalarse como
actividades puramente experimentales van ligadas a referentes conceptuales
(Malagón, 2002), que permiten decidir cómo organizar y disponer los aparatos y
montajes experimentales, y determinar qué se quiere observar y medir y cómo
hacerlo. De otra parte, toda organización conceptual siempre tiene arraigo en
alguna organización experiencial que puede ser producto de nuestra experiencia
cotidiana o creada en situaciones particulares de experimento.
La complejidad de la actividad experimental es aún más evidente cuando se
tienen en cuenta perspectivas culturales, como la manifiesta en el planteamiento
de Steven Shapin (1985), que tiene un gran valor pedagógico al destacar que
la relación teoría - experimento requiere ser construida socialmente. Shapin
(Shapin,1985) hace caer en cuenta que los llamados ‘hechos científicos’, base
de aquello que llamamos “realidad”, tienen una historia de constitución: en
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algún momento sólo fueron enunciados, la mayoría de las veces polémicos,
pues no existía consenso de que se refirieran al mundo externo . Los hechos
científicos son ante todo hechos sociales, por tanto su establecimiento no es
espontáneo, para ello se requiere desplegar una tecnología de socializaciónque,
según el autor, involucra tres aspectos estrechamente relacionados. Una tec-
nología material, vinculada al diseño y montaje experimental, cuyo objetivo es
la producción de los hechos. Una tecnología literaria, vinculada a la perspectiva
conceptual que orienta el experimento cuyo objetivo es favorecer la repro-
ducción de los hechos producidos y facilitar la creación de una comunidad de
testigos virtuales que certifiquen y validen las experiencias realizadas, a pesar
de no estar directamente presentes en su producción; o en otras palabras, una
tecnología tendiente a enseñar a organizar los datos sensibles para ver lo que
se debe ver. Por último, una tecnología social vinculada a los criterios de validez
de la actividad cognitiva,5 para hacer del modo particular de experimentación
5 Si bien Shapin ilustra su postura con el caso de Boyle y la bomba de vacío, el trabajo de Coulombtambién permite una muy buena ilustración de la misma. El trabajo realizado por Coulomb sobretorsión ha sido su trabajo más signicativo; quizás, según Peter Heering, por el contexto históricoespecíco en el cual presentó su memoria en la Academia de Ciencias de París en septiembre 4 de
1784,
“Dicha sesión fue completamente diferente a las otras, fue en una de las dos sesiones pú-blicas que se mantenían al año y fue documentada en parte en la historia de la Academia real deciencias, lo que resulta ser muy inusual. Uno de sus aspectos peculiares fue la presencia del Príncipede Prusia que estaba en París negociando una alianza militar en contra de Austria. Condorcet (1743-1794), secretario de la Academia, abrió la sesión dirigiendo unas palabras que entre otras cosasrevelaban la opinión que sobre la ciencia se promovía en ese momento histórico por la Academiade Ciencias y dejaban ver el papel que jugaban trabajos como el de Coulomb. Este fue el contextohistórico especíco en el que Coulomb presentó su memoria de torsión. Sin duda alguna, armaHeering, el clamor de Condorcet encontró un soporte posterior en este trabajo y en los otros artí-culos que fueron presentados en la misma sesión de la Academia. El artículo de Coulomb fue prece-dido por uno de Lavoisier sobre la combustión del alcohol que se podía ver como una demostraciónde la riqueza metodología de la nueva química cuantitativa, fue seguido por otro de René Tenon(1724-1816) sobre cuestiones médicas y por A. M de Rochon (1741817) sobre medidas de precisiónde los tiempos de los solsticios de verano e invierno. Pero el evento nal en esta sesión fue quizás elmás memorable porque Jean-Sylvian Balley presentó el reporte más famoso y altamente discutidopor una comisión de la Academia sobre el mesmerismo. La comisión de la Academia concluyó queno había base cientíca para el mesmerismo, por lo cual el informe de Balley ha sido visto como unintento de desacreditar a teorías cientícas como el mesmerismo, que la Academia considerabapolíticamente peligrosas. Para Heering toda la sesión fue un rechazo a las teorías políticamentepeligrosas y una armación de la riqueza del nuevo estilo de experimentación cientíca que seestaba conformando.” (el destacado es nuestro)
Consideraba que, en la medida que la ciencia se profesionalizara, los cientícos llegarían a ser laúltima instancia para validar los resultados de la investigación cientíca y en enunciar las verdaderasleyes de la naturaleza. Coulomb y su experimento de torsión puede ser visto como un modelo al de-mostrar el método seguro para buscar la verdad, una verdad que estabilizaría el Estado. (Tomado deUribe, 2008: 20 a 21).
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Construcción de magnitudes y organización de fenomenologías. Una propuesta ...
una forma aceptada de validar el conocimiento vinculado a ésta, dotándolo de
objetividad.
Si bien trabajos como los anteriores muestran diferentes facetas del queha-cer experimental, es de esperar que con la indagación por formas específicas,
como se concreta la relación teoría-experimento en casos particulares, no
sólo nos permita enriquecer nuestra imagen de la actividad experimental sino
también nos posibilite destacar un sinnúmero de aspectos de las prácticas ex-
perimentales que resulten relevantes en la actividad pedagógica.
Al respecto, es importante tener en cuenta que, a pesar de haber diferencias
entre los procesos cognitivos involucrados en la actividad científica como tal y
los relativos a la enseñanza y aprendizaje de las ciencias, dado que responden
a contextos e intencionalidades diferentes y, en particular, que la segunda ac-
tividad se realiza teniendo como referencia la primera así como sus productos,
estableciendo un gradiente del conocimiento en el aula de clase. Que a pesar
de este reconocimiento, la manera como es comprendida la actividad experi-
mental en la dinámica científica define, en gran medida, el papel que se le puede
asignar a las prácticas experimentales en los procesos cognitivos desplegados
en el aula. Es pertinente, entonces, preguntarse por el tipo de análisis de la
actividad experimental que nos pueda aportar elementos para la enseñanza
de las ciencias, y, por los aspectos de la actividad experimental que pueden
resultar de importancia para este propósito.
Magnitudes, medición y fenomenologías
El experimento y la medición
La medición es el aspecto más destacado cuando se trata de caracterizar la
actividad experimental, particularmente en la física, identificándose la medición
con la acción o proceso por el cual se asignan números a atributos de entidades
del mundo físico mediante la aplicación de un instrumento adecuado para medir
la propiedad en cuestión del cuerpo o sistema considerado.6 Sin embargo,
6 Es importante notar que la estrecha relación medición - matematización, así como conceptualiza-ción - matemáticas que se reconoce en la física, no se da de la misma forma en otras disciplinas comola química o la biología. No obstante este reconocimiento, al pasar al ámbito de la enseñanza de lasciencias, se insiste en una relación directa entre la medición y la asignación de cantidades. Por ello,el análisis de los procesos de constitución de las diversas magnitudes trabajadas en las ciencias y susformas de medida puede aportar elementos importantes para la actividad pedagógica de las ciencias.
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El experimento en el aula. Comprensión de fenomenologías y construcción de magnitudes
asumir la medición como una práctica compleja que involucra, entre otras cosas,
no solo preparar aquello que es objeto de medición sino también la forma de
medirla y los dispositivos con los que se hace esta operación, puede significar
un cambio sustantivo en la forma de entender la actividad experimental,
además de transformar este proceso en un interesante objeto de estudio en el
momento de analizar las prácticas experimentales (De Andrade, 2007); ( Romero
y Rodríguez, 2006); (Mäntylä y Koponen, 2007).
Como plantea, en particular De Andrade (2007) usualmente los aparatos de
medida, mediante los cuales se realizan estos procesos de asignación numérica
y de vínculo entre los planteamientos teóricos y los efectos sensibles, son enten-
didos como cajas negras que producen lecturas cuando son aplicados a sistemas
físicos. Tal comprensión de los dispositivos de medida, hace que carezcan desentido preguntas como: ¿El instrumento de medida funciona adecuadamente?
¿Mide lo que debe medir? Pues es claro que si una magnitud física está definida
por su método de medida –definida operacionalmente–, es imposible saber si
está bien medida o no y por ende criticarlo o mejorarlo. Esta forma de entender
la medición, señalan De Andrade (2007) y Romero y Rodríguez (2006), ocasiona,
en el ámbito pedagógico, graves inconvenientes que impiden una adecuada
comprensión del proceso de organización de la experiencia sensible y de la cons-
trucción conceptual, característica de la actividad científica. Se asume una clara
separación entre la teoría y el experimento al considerar que ésta se reduce alcotejo de los resultados obtenidos y a los esperados vía el análisis estadístico y
la teoría de errores. No es de extrañar que el complejo problema de la medición
se convierta únicamente en un asunto de la precisión de los instrumentos y de
las técnicas de medida y de procesamiento de datos.
¿Hasta qué punto los instrumentos de medida son externos e independientes
de las organizaciones conceptuales?
Los instrumentos de medida (De Andrade, 2007), no son dispositivos ciegos
ni es necesario tener fe ciega en ellos, es posible analizarlos y probarlos. Her-mann von Helmholtz (1887), primero, y Norman Campbell (1920) después, dice
De Andrade sentaron las bases de una primera teoría general de la medida, la
cual plantea las condiciones que se deben imponer a los procesos de medida
para que sus resultados sean consistentes con algunas propiedades básicas de
las magnitudes físicas. Para Helmholtz, los atributos de objetos, que permiten
la distinción de mayor, igual o menor al ser comparados con otros similares
se denominan magnitudes. Este pensador considera importante abordar dos
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Construcción de magnitudes y organización de fenomenologías. Una propuesta ...
aspectos relativos a las magnitudes físicas: el primero, es relativo al significado
de la igualdad o desigualdad aplicada a los atributos de los objetos o criterio
de comparación; es decir, se refiere a las condiciones que se cumplen para
afirmar que un atributo particular de un cuerpo es igual, menor o mayor que
el de otro. El segundo, que denominaremos criterio de aditividad, se refiere al
carácter que debe tener la combinación física de dos objetos para que podamos
considerar los atributos comparables de ésta, como unidos aditivamente, y en
esta medida podamos considerar a estos atributos como magnitudes que se
pueden designar por números. Es la verificación de estos dos criterios, lo que
permite afirmar que medir es comparar una propiedad de un objeto con la pro-
piedad de la misma clase de otro objeto entendida como patrón, que da como
resultado un número. Campbell, por su parte, introdujo la expresión “medida
fundamental” para caracterizar los procedimientos basados en la igualdad y la
adición, y abrió las puertas a la consideración de medidas no aditivas como la
temperatura y densidad, al caso de la densidad lo llamó “magnitud derivada”
(De Andrade, 2007).
La determinación de las condiciones implicadas en estos criterios y, por
ende, su aplicación cuando se constituye tanto la propiedad como su método
de medida, está lejos de ser trivial. Ello se evidencia aún con aquellas propie-
dades de los cuerpos que nos son muy familiares, como el peso, el tamaño o
la extensión de un cuerpo; para ello se requiere tener una comprensión de lapropiedad en cuestión y una organización de sus efectos. En un caso tan sencillo
como puede ser la medición de longitud, se asume que el instrumento de me-
dida es una regla o un metro, pero nunca se hace la discusión de los elementos
teóricos que están relacionados con el uso de una regla: de hecho, al utilizar
una regla, se tiene como base una experiencia con los cuerpos rígidos según
la cual éstos no alteran su forma al ser trasladados o rotados. Estos aspectos
y otros que forman parte de la geometría física, dan sustento teórico a un ins-
trumento al parecer tan simple como una regla. La medición implica avanzar
paralelamente en la construcción de la propiedad así como en la conformaciónde la fenomenología a la que se encuentra articulada. Para ilustrar aún más este
punto miremos ahora el caso del peso.
Posiblemente, cuando se dice que “dos cuerpos tienen el mismo peso si al
colocarlos en los extremos de una balanza de brazos iguales, el sistema queda
en equilibrio” (criterio de comparación), o “que el cuerpo conformado por N
cuerpos del mismo peso tiene un peso igual a N veces el peso de uno de estos
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El experimento en el aula. Comprensión de fenomenologías y construcción de magnitudes
cuerpos cuando son colocados en el mismo lado de la balanza y a la misma
distancia del punto de apoyo” (criterio de aditividad), estas afirmaciones sean
obvias; pero dejan de serlo cuando nuestro punto de partida en torno al peso
es la dificultad que experimentamos para evitar la caída de un cuerpo. Cuando
consideramos que los efectos del peso –propensión a caer y resistencia a ser
elevados–, lo que nos permite pensar en éste, primero como propiedad y luego
como fuerza, nos vemos abocados a una problemática compleja e interesante.
En este contexto de significación, para saber y prever cuándo dos cuerpos
tienen pesos iguales o no, es preciso diferenciar entre el peso y la acción que
éste ejerce y encontrar su relación. En este caso hay que tener en cuenta que,
en cada dirección, un mismo cuerpo debido a su peso puede ejercer un efecto
diferente, e igualmente se necesita considerar que cuerpos colgados en unabalanza en puntos a distancias diferentes del punto de apoyo de la balanza
ejercen, por su peso, acciones diferentes; aspectos que Arquímedes, Stevin y
Galileo y Newton trabajaron y organizaron dando lugar a los conceptos de centro
de gravedad, torque, fuerza, momento de fuerza y fuerza de gravedad, con los
cuales se describe la fenomenología articulada al peso (Ayala, et. al., 2001, 2003).
Para dimensionar aun más la problemática involucrada y las exigencias que se
derivan en la aplicación de los dos criterios mencionados, conviene recordar
que, para Galileo, el peso no era en sí mismo un propiedad aditiva, consideraba
que el peso de un cuerpo en caída libre era igual al de sus partes; tal concepciónexplica por qué para él los cuerpos en el vacío tienen el mismo movimiento de
caída. Sólo cuando el movimiento libre de caída es obstaculizado, se podría
hablar de aditividad del peso.
Se puede decir que las magnitudes y las formas de medida no son externas
al fenómeno, sino que son producto de la comprensión de amplios campos
fenoménicos, de modo que “una red teórica transforma un conjunto de alam-
bres, resortes y tornillos en un instrumento de medida convirtiendo marcas y
coincidencias en números con una significación, la de las relaciones entre ciertas
magnitudes; siendo un instrumento de medida la concreción de la teoría en que
se basa” (Malagón, 2002).
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Gráca No. 1
Tres formas diferentes, pero relacionadas entre sí, se pueden distinguir en
el proceso de constitución de una medida: la clasificación, la ordenación de
cualidades por grado de mayor a menor, y la forma cuantitativa referente a las
diferencias de grado de cierta magnitud (ver gráfica No. 1). Por ejemplo, en el
laboratorio, los materiales se pueden clasificar por su dureza y ordenarlos por
su grado de dureza, dando lugar a la escala de dureza de Mohr, donde el criteriode ordenación de esta escala es que el cuerpo más duro raya al más blando. Es
claro que, aunque no es una escala numérica, sí provee una ordenación.
Otro ejemplo es la clasificación que se puede hacer de sólidos y líquidos a
partir de la flotación de los cuerpos en diferentes medios, donde se pueden
establecer dos comportamientos: flotar o hundirse. Una vez clasificados de esta
manera, es posible establecer una ordenación de grado, teniendo en cuenta que
los cuerpos que flotan no lo hacen de la misma manera: unos flotan más, otros
menos. De la organización de la flotación se podría establecer una magnitudque permita avanzar en la comprensión teórica del fenómeno de la flotación,
la densidad, y construir un aparato para medirla, pudiéndose así asignar un
número y definir una magnitud que hable de ese problema.
Campbell distinguió, como señalamos anteriormente, dos tipos de mag-
nitudes: “magnitudes fundamentales” y “magnitudes derivadas” teniendo en
cuenta que los criterios de igualdad y aditividad eran aplicables directamente
a las magnitudes de primer tipo más no a las del segundo, como ocurre con la
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densidad, la velocidad y la temperatura, entre otras. En el caso de la tempera-
tura, no es posible comparar directamente la temperatura de dos cuerpos, la
única forma de tratar de asignar una magnitud a esa cualidad de estar calienteo frio, o más caliente o más frio, es asociando a esa cualidad otra que está
asociada con ella, i.e. la dilatación de la columna de mercurio o la resistencia
eléctrica. En estos casos, el criterio de comparación no es directo lo que se
puede hacer es comparar los efectos observados que están asociados a un
tipo de fenómenos ya organizados y que se consideran debidos al fenómeno
estudiado, como sería la dilatación experimentada por una sustancia debida a
su cambio de temperatura. La velocidad instantánea, por su parte, es un caso
análogo al de la temperatura; es una magnitud definida como el diferencial del
espacio sobre el tiempo como no se le puede entender como el cociente de doscantidades finitas (en cuyo caso se determinaría una velocidad promedio mas
no la instantánea). Para medirla, Galileo hizo una estructuración del fenómeno
de caída y del movimiento horizontal, y logró definir la forma de medir la velo-
cidad instantánea en términos del alcance horizontal de un cuerpo cuando es
proyectado horizontalmente con esta velocidad. En este sentido, al igual que
la temperatura, su medición exige ponerla en relación con un fenómeno ya
establecido; en este caso, el movimiento parabólico.
Las anteriores consideraciones permiten poner de manifiesto, en primer
lugar, la existencia de una íntima e indisoluble relación entre las magnitudes
y sus formas de medida y la comprensión del campo fenoménico en el que se
inscribe; en segundo lugar, que lo sensible está cruzado por construcciones y
organizaciones “teóricas” previas o formas lógicas de organizar y, en tercer
lugar, que las organizaciones conceptuales están ligadas a las organizaciones
de la experiencia sensible.
Reflexiones generales sobre el concepto de magnitud
Reflexionar sobre el concepto de magnitud implica abordar problemáticas
claves para la caracterización de las disciplinas científicas enseñadas, y para la
elaboración de criterios que orienten las prácticas pedagógicas de los maes-
tros vinculados a la enseñanza de las ciencias, y la reflexión sobre las mismas.
El análisis de estas problemáticas puede aportar elementos importantes para
enriquecer el conocimiento de los estudiantes, pues establece y consolida nexos
entre dicho conocimiento y el científico en los procesos de recontextualización
de saberes científicos trabajados en el aula. Estas problemáticas se refieren a la
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Construcción de magnitudes y organización de fenomenologías. Una propuesta ...
relación matemáticas - conocimiento científico,7 cuyo análisis implica dirimir la
dicotomía cualitativo - cuantitativo, mundo de ideas - mundo sensible.
Usualmente, se considera que un conocimiento disciplinar determinadotiene relación con las matemáticas porque las propiedades consideradas del
sistema u objeto estudiado son cuantificables o susceptibles de ser medidas.
Estas magnitudes son los términos a partir de los cuales son enunciadas las
diversas proposiciones teóricas con las que se describe el comportamiento del
objeto en cuestión o se caracteriza el fenómeno estudiado. Refiriéndose a la
física, Michel Paty plantea:
La especicidad de la física radica en la fuerte relación que tiene con las
matemáticas o matematización o con la observación cuantitativa y con el
experimento, cosa que le aseguró su liderazgo entre las ciencias, en cuan-
to fue adoptada como modelo de racionalidad. En la física los fenómenos
se representan a través de conceptos que son expresados en la forma de
magnitudes o cantidades, dotadas con una denición exacta de una manera
matemática. Las relaciones entre los conceptos físicos son relaciones entre
estas magnitudes que toman generalmente la forma de ecuaciones o de pro-
posiciones cuantitativas tales como principios –de inercia, de relatividad, de
conservación, etc. (Paty, 1999).
7 Respecto a la relación entre la física y las matemáticas, Levy Leblond señala que es importanteque “[…] la distinción entre un concepto físico y su matematización no se conciba como una simplediferenciación estática: un concepto matemático más otra cosa. El concepto matemático no es ni(sic) un esqueleto al que la física le presta la carne, ni una forma abstracta, que la física se encarga dellenar de contenido concreto. Es esencial que las relaciones de las matemáticas y la física se expresenen términos dinámicos”. Este comentario que hace Leblond (citado por Ayala et al., 2007), resume lamanera como se comprende la relación entre la física y las matemáticas. “Se considera que la expre-sión matemática por medio de la cual se expresa una proposición sobre el mundo físico carece inicial-mente de sentido físico, y que ésta lo adquiere cuando se le asigna algún signicado a los diferentestérminos que aparecen en cada expresión.” Se suele considerar a su vez que dar un signicado físicoes poner de relieve las manifestaciones del fenómeno que pueden ser captados por los sentidos. Estamanera de concebir dicha relación, prosiguen estos autores,“[…] lleva a pensar en dos problemas oen dos momentos, uno cuando la expresión es un ente puramente matemático, vacío de contenido,y otro cuando se le ha dotado de signicado físico y ésta se convierte en un enunciado sobre el fenó-
meno físico analizado.” Esta separación entre lo conceptual y lo cuantitativo, es planteada tambiénen el ámbito de aprendizaje y de formación de conceptos (véase Koponen y Mäntylä): la formación deconceptos empieza en el nivel de la información cualitativa, vía la percepción, en la que se construyenlos esquemas de signicado para el reconocimiento y clasicación no sólo de objetos sino tambiénde fenómenos y sus propiedades. En un segundo nivel se encuentra la cuanticación y por último laestructuración, que da la posibilidad de plantear las relaciones entre las cantidades involucradas y conello las regularidades y leyes que caracterizan el fenómeno estudiado. “Sin embargo, Leblond diceque es necesario y es posible pensar la matematización de los fenómenos físicos de una manera dife-rente, conceptualización que puede ser alcanzada cuando se supera el punto de vista estático −queconduce a quienes lo adoptan a establecer una diferenciación de base entre forma y contenido− yse adopta en cambio un punto de vista dinámico, es decir, cuando el análisis ya no se restringe a losresultados o productos de la actividad cognitiva y se lo ubica en el ámbito de la actividad misma deconstrucción del conocimiento.” (citado por Ayala et al. 2008)
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El experimento en el aula. Comprensión de fenomenologías y construcción de magnitudes
Como fundamento de las magnitudes tenemos a las propiedades detecta-
bles en los sistemas físicos. Ahora bien, a los cuerpos, fenómenos o procesos
se les suele asignar características, propiedades o cualidades que se consideran
están contenidas en ellos y, son base de su identificación, las cuales se suponen
también son susceptibles de ser determinadas a través de la observación.8
Contrario a esta apreciación, queremos hacer notar que una cualidad, al igual
que cualquier atributo que prediquemos de un cuerpo, sistema o fenómeno,
es un constructo conceptual, y que, como tal, es una forma de mirar el mundo
que, al ser una organizadora de la experiencia sensorial, determina aspectos
del mundo que son mirados.
En este orden de ideas, las cualidades o propiedades no están dadas, son
producto de un proceso de organización de la experiencia sensible, son formasdinámicas que en el proceso de constitución dan origen, a través de procesos de
diferenciación, a las magnitudes con las que se describe el campo fenoménico
al que se articula. Por ejemplo, en la conformación del campo fenoménico de
lo eléctrico, estos procesos dan lugar a una trama de magnitudes: cantidad de
electricidad o de carga, potencial eléctrico, capacidad eléctrica y conductividad
eléctrica, entre otros, al igual que la especificación de facetas del fenómeno.
Análogamente, la conformación del campo fenoménico de lo térmico da pie,
en una primera fase, a las magnitudes calor, temperatura, capacidad calorífica,
conductividad. Los aspectos que acabamos de mencionar, el carácter concep-tual y dinámico, son cruciales en la caracterización de lo que entendemos por
cualidad y por magnitud.
La idea de magnitud es dual, tiene un doble carácter. De una parte, tiene
un carácter cualitativo, por cuanto hace referencia a una cualidad del sistema
considerado. Y, de otra, tiene un carácter cuantitativo, pues a la luz de un cierto
procedimiento, la cualidad considerada es susceptible de ser pensada y detec-
tada en grados o intensidades. Este procedimiento no se refiere únicamente
a la forma de tomar la medida, sino a la posibilidad de establecer criterios que
8 Según Paolo Guidoni, “[…] en lo que respecta al conocimiento de la Física, hay dos estrategiascognoscitivas –dos modos de mirar y de formalizar– particularmente importantes: un modo de verpor espacios abstractos de sistemas y un modo de ver por espacios abstractos de varia bles. Son dosmodos estrechamente correlacionados; no se alcanza a ver por sistemas sin ver también por variablesy viceversa... y es crucial aprender a distinguir su rol. Las varia bles son, de hecho, aquellas que de-scriben los espacios abstractos en los cuales los sistemas internos pueden cambiar de conguración(por ejemplo, de forma). Los parámetros, que son a su vez variables continuas, t ienen en cambio unasemántica distinta (y tal vez son útilmente representados en un espacio abstracto separado) porquehabitualmente caracterizan, con sus valores particulares, sistemas en el interior de una clase.” (Gui-doni y Arcá, 1985).
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Construcción de magnitudes y organización de fenomenologías. Una propuesta ...
permitan saber si la propiedad en mención es igual, mayor o menor en un caso
que en otro, así como el número de veces que lo es; que expresan de alguna
forma, como lo hemos enfatizado, la comprensión del fenómeno al que está
vinculada dicha magnitud y que hace posible, además de ordenar los grados
o intensidades de la cualidad analizada, establecer la separación entre ellos.
Es importante señalar nuevamente que la cuantificación de una propiedad o
atributo, o la matematización de un fenómeno, no se reduce a la asignación de
números. Va más allá. Como subraya M. Paty, (1999) las cualidades medievales
se pueden ordenar, incluso se les puede asignar un número, pero no por ello
son magnitudes o cantidades. Por ejemplo, así, afirme, en cierto contexto,
que una cosa es 3 veces más roja que otra, el no por ello se puede afirmar que
el color sea una cantidad, pues esto no implica que sea medible, que exista unprocedimiento válido para establecer las veces que el color de una cosa es ma-
yor al de otra. Por el contrario, a pesar de que la velocidad pueda ser pensada
como una intensidad –la del movimiento– la velocidad, es una magnitud. Para
ello se requiere disponer de una forma de medirla, ordenar la acción práctica de
medirla. Galileo estableció la manera de hacerlo al dilucidar el movimiento de
proyectiles. Pero ello requirió de Galileo un cambio radical en la concepción de
movimiento. Fue necesario que superara la reconocida oposición movimiento
– reposo. Fue necesario pensar que un cuerpo en movimiento y un cuerpo en
reposo no diferían cualitativamente, sino que entre ellos sólo había diferenciasde grado. También podemos afirmar que la posibilidad de pensar la temperatura
como magnitud exige eliminar la oposición calor - frío y con ello dejar de pen-
sar el calor y frío como cualidades. Igualmente, la configuración del pH como
magnitud exige superar la oposición acidez - basicidad.
Conclusiones
La disolución de la oposición concepto - empiria está en la base de la com-
prensión de la actividad experimental que en este trabajo se plantea. En un
experimento se producen efectos sensibles guiados por la comprensión que setiene de ellos; en este sentido, el experimento es un espacio de producción de
fenómenos, y un espacio de la concreción de la actividad conceptual y formal. Los
aparatos de medida sólo son formas físicas que se dan a organizaciones concep-
tuales ya establecidas. Las propiedades medidas y sus formas de medición, son
expresión de la comprensión del fenómeno estudiado. El experimento puede
ser considerado como una manera de emitir un juicio, donde la observación in-
tencionada y sistemática, así como la medición, son aspectos esenciales de ésta.
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El experimento en el aula. Comprensión de fenomenologías y construcción de magnitudes
Así mismo, la actividad de construcción de magnitudes y formas de medida
está ligada a la construcción y conceptualización de la fenomenología abordada
y, por consiguiente, medir una determinada magnitud se inscribe en la actividad
de formalizar la explicación en torno al campo fenoménico al que está vinculada.
Examinar el proceso de construcción y reconstrucción de una magnitud, así
como de sus formas de medida, permitirá simultáneamente examinar diversas
rutas de constitución y ampliación de la base fenomenológica a la cual ésta se
articula y elaborar criterios para el planteamiento de los problemas concep-
tuales y la orientación de los procesos de formalización y de organización de la
experiencia que en su base están.
Una indagación más amplia permitirá allegar elementos importantes para el
planteamiento, dinamización y enriquecimiento de la actividad experimental en
el aula de clase. La reflexión sobre el papel que desempeña la actividad experi-
mental en la ciencia y en la enseñanza de las ciencias, permite afirmar que ésta
debe ser considerada como un proceso intencional, imposible de desligar de una
educación en ciencias en la que se privilegie la construcción de explicaciones
y comprensiones acerca de los fenómenos abordados. Igualmente, permite
plantear tres ejes íntimamente relacionados para la estructuración y análisis
de la actividad experimental en el aula: uno, la organización de las cualidades,
la construcción de magnitudes y la elaboración de formas de medida; dos, la
ampliación de la base fenomenológica, y tres, el planteamiento de problemas
conceptuales.
Referencias
Arcá, María y Guidoni, Paolo (1985). Seminario Didáctico de la Facultad de Ciencias.(Documento inédito).Universidad de N