FÍSICA MODERNA EN LA ESCUELA SECUNDARIA: LA NARRATIVA EN EL AULA Viau, Javier; Moro, Lucrecia; Tintori Ferrerira, María Alejandra Universidad Nacional de Mar del Plata, Facultad de Ingeniería. [email protected]

Introducción “Es importante que en los currículos de enseñanza (desde el 1º al 6º año de la escuela secundaria) se contemplen temas de física moderna y, de hecho, existen estudios que demuestran que los alumnos están interesados en ellos.”(Gil Pérez et al., 1986; Capuano et al., 1997) Son muchas las razones presentadas en la literatura respecto a la necesidad de actualizar los currículos de física, en particular en secundaria (Gil et al., 1987; Barojas, 1988; Aubrecht, 1989; Stannard, 1990; Kalmus, 1992; Wilson, 1992; Swinbank, 1992; Terrazzan, 1992 y 1994). Entre dichas razones se destacan: difícil y abstracta; no obstante, las investigaciones en enseñanza de la física han mostrado que la física clásica también es difícil y abstracta para los alumnos, que presentan serias dificultades conceptuales para comprenderla. Otros estudios atribuyen la ausencia de la física moderna, en la escuela media, a las dificultades propias de los modelos involucrados, a la escasa bibliografía acerca del tratamiento didáctico de estos temas y a la inadecuada formación de profesores en el área disciplinar específica (Capuano et al., 1997; Fernández et al., 1997). La enseñanza de temas actuales de la física puede contribuir para transmitir a los alumnos una visión más correcta de esa ciencia y de la naturaleza del trabajo científico, superando la visión lineal, netamente acumulativa del desarrollo científico que impregna los libros de texto y las clases de física hoy utilizados. Por otro lado, a pesar de todos esos argumentos, no hay mucho en la literatura con respecto a cómo enfocar los temas modernos y contemporáneos en la escuela secundaria. De una manera general, son tres las vertientes más representativas de propuestas de enfoques metodológicos para introducir la física moderna y contemporánea en la enseñanza media: la exploración de los límites de los modelos clásicos; la no-utilización de referencias a los modelos clásicos; la elección de tópicos 1

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esenciales (Terrazzan, 1994; Camargo, 1996; Pereira, 1997). En resumen, lo que se puede percibir en la literatura con respecto a cómo introducir tópicos de física moderna y contemporánea en cursos introductorios de física es que hay divergencias en relación con el camino que se debe seguir y que son pocos los estudios en el área. En particular, el papel de las analogías clásicas, el énfasis o no en prerequisitos, el enfoque histórico o lógico son puntos en los que hay mucho desacuerdo. Como bien sugiere Stefanel (1998), este movimiento de reformulación curricular recién empieza y todavía son necesarias muchas investigaciones hasta que se sepa más acerca de esta compleja problemática. Hay también algunos estudios relativos a concepciones alternativas de los alumnos (Solbes et al., 1987; De Posada et al., 1990; Alemañ Berenguer, 1997), en general asociadas a errores conceptuales de los libros de texto o a informaciones vehiculizadas por los medios de comunicación. En lo que se refiere a propuestas llevadas al aula y evaluadas, los trabajos de Gil y otros (1987 y 1988), Fischler y Lichtfeldt (1992), Cuppari y otros (1997) y Stefanel (1998) sugieren la posibilidad de éxito en la inserción de temas más actuales en el currículo de las escuelas. No obstante, son necesarios más estudios de esa naturaleza para que se tenga un conocimiento más amplio en ese campo. Numerosas investigaciones realizadas han mostrado la importancia de la motivación en el aprendizaje, sin motivación no hay aprendizaje (Huertas, 1997). Diversos autores han propuesto utilizar relatos literarios para enriquecer las clases de ciencias (Stanndard 2001; Brake y Thornton, 2003; Sierra Cuartas, 2007, entre otros). En particular las narraciones pueden ser utilizadas por los docentes como estrategia para aumentar el interés de los estudiantes por los temas científicos, además de provocar en ellos procesos de reflexión y conceptualización. En numerosos trabajos se han presentado propuestas, y la evaluación de llevar al aula recursos didácticos motivadores como las artes plásticas, el cine y la literatura (Martín Díaz et al., 1992; García, 2006; Cachapuz, 2007; Palacios, 2007; Sierra Cuartas, 2007). Sabemos que los estudiantes prestan mayor atención cuando el tema a estudiar se presenta de manera que para ellos sea de interés y relevancia. Ante esta problemática, un grupo de Ingenieros, siguiendo nuestra línea de investigación y teniendo en cuenta que diversos autores han propuesto utilizar relatos literarios para enriquecer las clases de ciencias (Hellstrand y Ott, 1995; Campbell, 1999;

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Stanndard 2001; Brake y Thornton, 2003; Sierra Cuartas, 2007), hemos diseñado una estrategia de enseñanza para algunos conceptos de la física moderna utilizando un cuento de ciencia ficción.

Narrativa, razón e imaginación La narración tiene una estructura, un ritmo y un sentimiento humano. Cabe recordar que todo conocimiento ha sido obtenido en el contexto de la vida de alguien, como un producto de las esperanzas, los temores y los sueños de alguien. Además, la estructura narrativa es característica de las explicaciones de la historia de la conciencia humana como tal, o sea, de las historias por medio de las cuales relatamos en términos generales el viaje educativo de la especie humana y los cambios que han marcado nuestro desarrollo como seres pensantes. Se trata ni más ni menos de las historias del desarrollo del conocimiento. Otra forma de intermediación analógica para estimular la evolución conceptual es la narrativa de ficción, ya que las imágenes más poderosas son las que se originan desde las palabras (Mc Ewan y Egan, 1998). En los escritos pedagógicos se ha marcado tradicionalmente una diferencia entre la razón y la imaginación considerando que pertenecen a categorías incompatibles. Bachelard (2003) fue un pionero en estudiar sus relaciones, ya que la imaginación está presente tanto en el trabajo del literato como en la investigación científica, mostrando que no existe ningún conflicto entre ellas. Por otra parte se verifica una conexión entre la imaginación y los ámbitos motivacional y emocional sobre todo cuando se puede mantener, basada en relaciones analógicas, una secuencia de imágenes mentales en forma de una narrativa. Así, la capacidad imaginativa será una asociación entre afectividad, analogías y narrativa. Las relaciones entre los objetos de la naturaleza y las limitaciones de nuestra percepción imponen obstáculos epistemológicos. Para Bachelard (2003), las representaciones espontáneas enmascaran una falsa simplicidad y no constituirán conocimientos científicos aquellos que provengan de causalidades primitivas: “Se pretende que la imaginación sea la facultad de formar imágenes. Pero ella es más bien la facultad de deformar las imágenes proporcionadas por la percepción”. Este autor afirma que tanto la razón como la imaginación son potencias activas que trabajan su objeto y que coinciden al rechazar las percepciones inmediatas. El literato descubre, más que

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inventa, ya que toda imaginación apunta a un objeto y “la correlación del soñador con el mundo es una correlación fuerte”. En definitiva, la creación de modelos teoréticos de la ciencia, constantemente rectificados por nuevas hipótesis, tienen su correlato en la creatividad de imágenes del literato. La razón y la imaginación permiten una penetración metafísica de la realidad. Se advierte un carácter ontológico tanto en la labor científica como en la conciencia imaginativa, tratando de fusionarse con el objeto, y si bien esto no otorga posesión de la verdad, se adquiere una certidumbre objetiva que puede ser comunicada a los demás. Los procesos cognitivos de la imaginación literaria y de la racionalidad científica son los mismos.

Ciencia ficción

La ciencia ficción es un género, una forma literaria con matiz distinto, limitado y particular. Siempre ha sido usado como una forma de examinar las relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad representando una fuente de inspiración para el desarrollo científico y como una forma de difundir sus ideas. Dentro de la cultura popular ha adquirido prestigio ya que en parte sus anticipaciones se han cumplido y reviste una importancia especial con respecto a la actitud que toma la gente sobre la actividad científica. Aunque su mundo es restringido, en ocasiones se ha olvidado que el género pertenece a la literatura general. En ese sentido se debe considerar que incluye elementos que no se pueden tener en cuenta al valorar simplemente una obra literaria. Así, suelen estimarse la originalidad y el rigor científico mientras se deja de lado el punto de vista estilístico. Asimov (1982) diferencia tres tipos de literatura de “falso fondo”: la fantasía, la sátira social y la ciencia ficción. La ciencia ficción provoca una sensación de asombro y de maravilla e introduce la indagación de temas sociales y filosóficos ampliando la concepción de nuestro universo. La narrativa de ficción favorece la asimilación de los conceptos promoviendo la imaginación. Para Lakoff y Jonson (1991) la metáfora conceptual es un mecanismo cognitivo que permite que lo abstracto se comprenda en términos de lo concreto. La estructura cognitiva necesaria para la abstracción utiliza el mismo aparato conceptual que en las situaciones ordinarias del pensamiento cotidiano, es decir imágenes, esquemas y metáforas conceptuales. Y esto lleva a los procesos de modelización. Para 4

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estos autores el pensamiento metafórico consuma la unión entre razón e imaginación “en consecuencia, la metáfora es racional imaginativa”. La razón abarca los procesos de ordenar, categorizar y realizar inferencias mientras que la imaginación crea puentes conceptuales que permiten la transposición de propiedades de un dominio de partida hasta un dominio de llegada. Gamow fue un pionero en la utilización de historias en la enseñanza de la física, escribió una serie de relatos cuyo personaje, el Sr. Tompkins, un empleado de banco, asiste a conferencias de física moderna dictadas por un profesor. Estas conferencias provocan en él una serie de sueños en los cuales el Sr. Tompkins se ve transportado a ese fantástico mundo. Este autor reconoce que el secreto de su éxito tiene mucho que ver con la manera en que él llevó el formalismo de la física a representaciones concretas.

Ciencia ficción y física atómica. La alegre tribu de los electrones

La alegre tribu de los electrones es el segundo sueño del señor Tompkins contenido en el libro “La investigación del átomo” (Gamow, 1963). En los sueños, el señor Tompkins se enfrenta a los últimos descubrimientos de la física a través de sus aventuras imaginarias en el mundo atómico. Gamow en este segundo sueño, mediante un relato fantástico y una aventura imaginaria, introduce al lector en los principios básicos de la física atómica, no traicionando en modo alguno el rigor científico y recreando su relato con imágenes, metáforas y analogías.

Metodología Siguiendo los lineamientos didácticos sugeridos por Reyes (2001) y ampliados por Sierra Cuartas (2007) se ha diseñado una estrategia de enseñanza a los efectos de mejorar el proceso de aprendizaje, incorporando en el aula el cuento de Gamow “La alegre tribu de los electrones”, el cual proporciona una visión microscópica de los conceptos característicos de la física atómica: trayectorias electrónicas, valencia, principio de exclusión de Pauli, átomo exitado, huecos, enlaces, rayos x y gama, efecto fotoeléctrico, bandas de conducción. El análisis microscópico de los conceptos tratados ayuda a desarrollar en el alumno un perfil epistemológico de carácter marcadamente racionalista que se resalta 5

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sobre el clásico perfil empírico que en general caracteriza a la formación en química (Bachelard, 2003). La estrategia de enseñanza que se propone ha sido diseñada para ser implementada con alumnos del ciclo superior de la escuela secundaria, ha tenido en consideración las siguientes actividades pedagógicas (Sierra Cuartas, 2007): -Análisis y comprensión de la lectura: análisis de los aspectos epistemológicos y del contexto histórico del relato. -Guías motivadas de lectura. -Ejercicios de representación

Propuesta metodológica La propuesta incluye: -La lectura y discusión entre el docente y los alumnos del cuento “La alegre tribu de los electrones” de Gamow, durante dos horas de clase, después de haber introducido los temas conceptuales vinculados con el modelo atómico actual, -la realización por parte de los alumnos de una guía de actividades, dividida en dos fases, con objetivos diferentes. -el debate entre el docente y los alumnos de la guía de actividades propuesta

Guía de Actividades: Fase 1 Esta fase tiene por objetivo que el alumno trabaje con el cuento de forma de reconocer su estructura, los conceptos que se tratan y, las metáforas y analogías que el autor utiliza. Los objetivos de cada una de las actividades se detallan a continuación: -Despertar en el alumno la motivación que surge de la forma narrativa con la que Gamow describe los distintos procesos involucrados en el viaje imaginario realizado por el señor Tompkins, a través de un análisis literario, histórico y epistemológico. -Que el alumno reconozca los distintos conceptos físicos involucrados contribuyen a la conceptualización de los diferentes procesos y variables realizando un análisis científico conceptual. -Que el alumno modelice el mundo microscópico e interprete dentro de ese

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modelo las metáforas utilizadas, realizando un análisis científico metafórico / analógico. -Que el alumno pueda evidenciar un marcado perfil racionalista al responder cuestiones vinculadas con las distintas variables y conceptos que más allá del cuento, pertenecen a los conceptos básicos de la termodinámica.

Guía de Actividades: Fase 2

La segunda fase de la guía de actividades consiste en un cuestionario con diez preguntas conceptuales extraídas y adaptadas de Ostermann y Moreira (2000).

Las preguntas buscan que el alumno logre, después de la discusión del cuento y de haber realizado las actividades de la fase 1, una marcada evolución conceptual hacia un perfil racionalista. Este perfil dará cuenta en el marco del razonamiento del alumno, de lo que hemos denominado transferencia epistemológica la cual caracteriza a todo proceso de enseñanza aprendizaje (Viau et al., 2008).

Resultados Si bien este trabajo consiste en mostrar una propuesta de enseñanza basada en la utilización de la narrativa de ficción, la evaluación de los resultados de su aplicación consistirá en analizar la evolución del perfil epistemológico de los alumnos, antes y después de la instrucción. Se proyecta trabajar con dos grupos: un grupo control que será instruido de forma tradicional y un grupo experimental que dentro de las actividades de enseñanza incorporará la que aquí se propone.

La elaboración de los perfiles epistemológicos será llevada a cabo de acuerdo a los lineamientos sugeridos y aplicados por los autores (Viau y Moro, 2009) que permitirá determinar las componentes realista, empirista y racionalista del perfil epistemológico resultante. Se espera que el grupo experimental muestre no solamente una marcada banda racionalista sino también una menor banda en el espectro que corresponde al realismo.

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Conclusiones Esta propuesta destaca que la capacidad de narrar es una condición del proceso de enseñanza y aprendizaje, de las formas más elaboradas del pensamiento y de la escritura. Bruner (1986) emplea la metáfora de un paisaje para explicar cómo la palabra y el relato comparten funciones narrativas: “El relato debe construir dos paisajes simultáneamente, el paisaje exterior de la acción y el interior del pensamiento e intención”. La narrativa puede ser un excelente vehículo del pensamiento científico, ya que además de favorecer la formación integral de los alumnos habida cuenta de la riqueza de disciplinas involucradas (ciencias naturales, ingeniería, literatura, sociología, historia, ética, etc), contribuye con la formación en competencias profesionales, ya que fomenta una combinación dinámica de conocimiento, comprensión, capacidades y habilidades. Se espera de la implementación de la propuesta, lograr que los alumnos universitarios que no consiguen responder satisfactoriamente situaciones problemáticas relacionadas con los conceptos de la termodinámica aún después de haber recibido un entrenamiento importante en ello, puedan vencer las dificultades de aprendizaje al vincular la correspondencia entre el modelo macroscópico de las leyes de la termodinámica, (relaciones de energía que emplean magnitudes fenomenológicas) y el modelo cinético molecular de la materia.

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