Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
Colección Respuestas Dirigida por Marta Lescano Serie Las Ciencias Naturales y su Enseñanza Dirigida por Lydia R. Galagovsky ¿Qué tienen de “naturales” las ciencias naturales?: las ciencias naturales y su enseñanza / coordinado por Lydia Galagovsky - 1a. ed. - Buenos Aires: Biblos, 2008. 113 pp.; 23 x 16 cm. ISBN 978-950-786-654-8 1. Formación Docente. I. Galagovsky, Lydia, coord. CDD 371.1 Diseño de tapa: Luciano Tirabassi U. Armado: Hernán Díaz © Los autores, 2008 © Editorial Biblos, 2008 Pasaje José M. Giuffra 318, C1064ADD Buenos Aires info@editorialbiblos.com / www.editorialbiblos.com Hecho el depósito que dispone la Ley 11.723 Impreso en la Argentina No se permite la reproducción parcial o total, el almacenamiento, el alquiler, la transmisión o la transformación de este libro, en cualquier forma o por cualquier medio, sea electrónico o mecánico, mediante fotocopias, digitalización u otros métodos, sin el permiso previo y escrito del editor. Su infracción está penada por las leyes 11.723 y 25.446. Esta primera edición de 1.500 ejemplares fue impresa en Primera Clase, California 1231, Buenos Aires, República Argentina, en abril de 2008. Índice Prólogo, por Martín Labarca .......................................................................... 11 Presentación, por Lydia Galagovsky ............................................................... 15 Capítulo 1 Teorías científicas: ¿son o interpretan el mundo real?, por Guillermo Cutrera ...................................................................................... 19 Introducción ................................................................................................ 19 Para comenzar el debate sobre el objetivo de los científicos .............................. 20 Datos históricos del caso de las trayectorias de los planetas en el firmamento .... 20 Instrumentalismo .......................................................................................... 22 Realismo ..................................................................................................... 23 Implicaciones en el aula ................................................................................ 24 ¿Qué perspectiva sería adecuada para trabajar en el aula? ................................ 26 Actividades sugeridas .................................................................................... 27 Capítulo 2 ¿Cómo han surgido las teorías que enseñamos en ciencias naturales?, por Alejandro Drewes ...................................................................................... 29 Introducción ................................................................................................ 29 Para comenzar el debate: la ciencia, los experimentos y el concepto de verdad .................................................................................................... 30 Un recorrido por las principales posturas epistemológicas ................................ 31 Un círculo… en problemas ...................................................................... 31 Enunciados versus hipótesis: Popper y el falsacionismo .............................. 32 Falsacionismo versus concepción heredada ............................................... 33 Revisando el modelo de Karl Popper ............................................................. 34 El punto de vista social e histórico sobre las teorías: las nuevas filosofías de la ciencia .............................................................................. 34 Breve análisis de las propuestas de Imre Lakatos, Thomas Kuhn y Stephen Toulmin .......................................................................................... 35 Lakatos y la lógica “custodiada por expertos” ............................................ 35 Thomas S. Kuhn: paradigmas y revoluciones científicas .............................. 36 Stephen Toulmin: ¿evolución o revolución en la ciencia? ............................ 37 ¿Cuál es el modelo epistemológico “verdadero”? ............................................. 37 El epistemólogo de las ciencias es un investigador de relatos históricos ........ 38 En resumen… ¿hay un modelo epistemológico “verdadero”? ........................... 44 Actividades sugeridas .................................................................................... 44 Capítulo 3 ¿Existirá el “método científico”?, por Agustín Adúriz Bravo ......................... 47 Introducción ................................................................................................ 47 Para comenzar el debate: ¿de qué hablamos cuando hablamos de “método científico”? ..................................................................................... 48 ¿Nos espera la verdad al final del camino? ...................................................... 53 ¿Cómo “intervienen” las ciencias naturales sobre el mundo? ............................ 55 ¿Cómo podemos enseñar la dimensión metodológica en las clases de ciencias naturales? ........................................................................................ 57 Actividades sugeridas .................................................................................... 58 Capítulo 4 ¿Qué aporta la historia de las ciencias a la enseñanza de las ciencias naturales?, por Adriana Schnek ....................................................... 61 Introducción ................................................................................................ 61 Para comenzar el debate: la historia de Alexander Fleming .............................. 62 ¿Por qué Fleming no “descubrió” la penicilina? ............................................... 64 Los intereses de Fleming ......................................................................... 65 Fleming, como científico, ¿tenía capacidades mentales especiales? .............. 65 ¿Fueron tan casuales las casualidades de la historia de Fleming? .................. 66 Consideraciones finales: conocemos los hechos de la historia de las ciencias a través de relatos ........................................................................... 67 Actividades sugeridas .................................................................................... 69 Capítulo 5 ¿Cuál es la importancia de conocer la historia de la enseñanza de las ciencias naturales para la formación y la práctica docente?, por Francisco López Arriazu y Alejandro Soba ................................................. 71 Introducción ................................................................................................ 71 Para abrir el debate: ¿qué tipo de datos dan cuenta de un cambio de paradigma científico? ............................................................................... 72 El caso de la electricidad por frotamiento ........................................................ 73 ¿Cómo se explica la electrización por frotamiento en los primeros libros? .... 73 ¿Cómo se explica la electrización por frotamiento en los libros posteriores a 1913? ................................................................................ 74 Actividad sugerida ........................................................................................ 75 Para continuar el debate: la relación entre ciencia y tecnología ......................... 76 Organización de las disciplinas científicas hasta fines del siglo xix ................. 77 ¿Cómo se presentó en los textos la relación entre la ciencia y la tecnología desde fines del siglo xix hasta antes de la Segunda Guerra Mundial? ............. 79 Actividad sugerida ........................................................................................ 81 Consideraciones finales: diferenciar entre historia de las ciencias e historia de su enseñanza ........................................................................................... 81 Capítulo 6 ¿Se puede hacer “ciencia” enla escuela? por Lydia R. Galagovsky ............. 85 Introducción ................................................................................................ 85 Elementos para el debate: no existe un “método científico” con el cual se “descubre” la “verdad” .............................................................................. 87 Por qué el término “observación” es ambiguo ............................................ 88 Por qué el término “hipótesis” es ambiguo ................................................ 91 Por qué el término “experimento” es reduccionista .................................... 94 Por qué el término “resultados” es impreciso ............................................. 95 Reflexiones finales: hacia una “ciencia escolar” ............................................... 96 Las “buenas preguntas” ........................................................................... 97 Ideas, creencias, argumentaciones y consensos .......................................... 97 Un compromiso epistemológico entre “el joven como un científico” y/o “el científico como un niño” ..................................................................... 98 Claridad en los objetivos de hacer ciencia escolar ..................................... 100 Actividad sugerida ...................................................................................... 100 Consideraciones finales, por Lydia R. Galagovsky ....................................... 105 Bibliografía ................................................................................................. 107 Los autores ................................................................................................. 113 [ 11 ] Prólogo La compleja actividad humana denominada “ciencia” (entendida como ac- tividad o proceso o como resultado o producto) goza de un alto prestigio en nuestra sociedad. Los resultados de esa actividad son habitualmente difundidos a través de los medios masivos de comunicación. Pero, aunque no tan difundidas, existen también otras perspectivas de reflexión que tienen a la ciencia, precisa- mente, como objeto de estudio y que constituyen los llamados estudios sobre la ciencia o estudios metacientíficos, que están conformados por la historia de la ciencia, la filosofía de la ciencia (habitualmente denominada epistemología aunque, valga aclarar, este término es ambiguo), la sociología de la ciencia y la psicología de la ciencia. El aporte de cada uno de estos estudios da lugar a diferentes aspectos de la actividad científica, objeto de reflexión metateórica. Este libro se ocupa de dos de ellos en particular: el epistemológico y el histórico. Desde la Introducción quedan claramente expresados los propósitos: cues- tionar ciertas certezas sobre qué es la ciencia, su metodología y sus objetivos. Y esto es sumamente positivo, más aún cuando la educación científica que reciben los estudiantes de carreras de profesorado vinculadas a las ciencias naturales no sólo carece, en general, de formación en aspectos históricos y/o epistemológicos sino que, muchas veces, esta carencia la suplen los docentes sin formación enseñando una epistemología ingenua generalmente anclada en la postura lógico-empirista. Desde un marco general de análisis, podemos decir que el libro cumple su objetivo. Cada capítulo lleva como título una pregunta “disparadora”. El lenguaje empleado es narrativo e incorpora un aspecto muy interesante muchas veces soslayado: el estudio de casos históricos. También es destacable que cada capí- tulo conlleva una serie de actividades sugeridas, muy útiles para la reflexión y el trabajo posterior en el aula. En el capítulo 1 “Teorías científicas: ¿son o interpretan el mundo real?”, Guillermo Cutrera señala que desde nuestro sentido común epistemológico 12 Martín Labarca coincidiríamos en aceptar el fin que persigue la investigación científica: alcanzar la “verdad”. Es decir, suponer que existe una relación de correspondencia entre la teoría postulada y los fenómenos del mundo. Sin embargo, este preconcepto epistemológico puede diluirse cuando se indaga en las doctrinas epistémicas contemporáneas. El autor emplea, entonces, un caso histórico de la física para proponer a continuación el debate donde se analiza el antiguo problema realismo versus instrumentalismo. Cutrera concluye su trabajo tomando posición entre esas tesis filosóficas adoptando lo que denomina un “realismo moderado” para trabajar la ciencia escolar. En el capítulo 2, “¿Cómo han surgido las teorías que enseñamos en ciencias naturales?”, Alejandro Drewes revisa algunas de las principales concepciones acerca de las teorías científicas que caracterizaron la evolución del pensamiento epistemológico durante el siglo xx. El autor se pregunta, entonces, si existe un modelo epistemológico “verdadero” e indica que, para ello, la clave es recurrir al estudio de casos históricos intentando articularlos con cada uno de los modelos reseñados. Esto le permite a Drewes afirmar que no hay modelos epistemológi- cos universales dadas las particularidades que caracterizan a las distintas ciencias naturales. Agustín Adúriz-Bravo y Lydia Galagovsky, en los capítulos 3 y 6 respecti- vamente, abordan el problema del método científico. Es sabido que a partir de la concepción histórica o historicista de las teorías (Hanson, Kuhn, Lakatos, Feyerabend, Laudan, etc.) se rechaza la creencia mítica, e históricamente falsa, en un único e incambiable método característico de la actividad científica. Y esto es perfectamente puntualizado en ambos trabajos, que emplean un lenguaje claro y directo. En particular es muy interesante, en el capítulo 6, la tarea de “deconstrucción” de los distintos conceptos que integran el tradicional esquema del método científico, mostrando los problemas asociados que conllevan (am- bigüedad, reduccionismo, imprecisión). Es de destacar, además, que en ambos artículos hay trabajo de investigación de los autores sobre esa temática aplicada a la ciencia escolar. En el capitulo 4 “¿Qué aporta la historia de la ciencias a la enseñanza de las ciencias naturales?”, Adriana Schnek afirma que en los libros de texto y de divulgación suelen encontrarse relatos históricos en donde subestructuras de ellos responden a intenciones comunicacionales diferentes de cada autor. Ilustra esta te- sis presentando como ejemplo tres narraciones acerca de la historia de Alexander Fleming: uno de ellos pertenece a un conocido libro de texto, y en los restantes la autora adapta y construye los relatos. El análisis de esta propuesta le permite derribar ciertos mitos con relación a la enseñanza de la historia de la ciencias: el científico aislado, descontextualizado de su época y de su problemática. La autora finaliza su trabajo abogando por la historia de la ciencias como herramienta útil para enseñar ciencias naturales, vinculándola tanto con los estudios sociales de la ciencia como con una fundamentación ética y epistemológica, lo cual debería conducir a una visión integradora del conocimiento científico que se enseña. Finalmente, en el capítulo 5 “¿Cuál es la importancia de conocer la historia 13PróLogo de la enseñanza de las ciencias naturales para la formación y práctica docente?”, Francisco López Arriazu y Alejandro Soba plantean el problema de la selección y actualización de los textos de enseñanza de nivel medio que, muchas veces, no acompañan –en términos kuhnianos– las “revoluciones científicas” que se producen en las diversas ciencias naturales. Los autores ilustran este problema presentando dos ejemplos (la electrización por frotamiento y la relación ciencia- tecnología) donde muestran la lentitud que existe en incorporar las nuevas teo- rías a los libros de texto de enseñanza media. Los autores concluyen su trabajo enfatizando que es necesario refundar la escritura de los textos de nivel medio contemplando múltiples perspectivas de análisis, con el propósitode ofrecerles a los docentes herramientas actualizadas para abordar sus clases. En resumen, este libro de la colección “Respuestas” seguramente despertará la inquietud de aquellos estudiantes y profesores de carreras de formación docente interesados en profundizar su conocimiento de las ciencias naturales desde una perspectiva de reflexión epistemológica e histórica. Y ello tendrá efectos positivos, no sólo en el proceso de enseñanza-aprendizaje, sino también en un concepción mucho más rica y compleja de la actividad científica. Martín Labarca Investigador adjunto del conicet Doctor Mención Ciencias Sociales y Humanas (Universidad Nacional de Quilmes) Licenciado en Química (Universidad Nacional de La Pampa) Profesor en Química (Instituto Superior de Formación Docente N°45) [ 15 ] Presentación Antonio García Carmona (2007) nos señala un dicho de Albert Einstein: “La ciencia, como algo existente y completo, es la cosa más objetiva que puede conocer el hombre. Pero la ciencia en su construcción, como un fin que debe ser perseguido, es algo tan subjetivo y condicionado psicológicamente por las circunstancias de cada situación como cualquier otro aspecto del esfuerzo huma- no”. Carmona también cuenta que Einstein afirmaba, en relación con el trabajo científico, que “la imaginación es más importante que el conocimiento”. Nadie duda que Einstein es para nuestra sociedad occidental el prototipo del científico y que, por lo tanto, sus opiniones son muy respetables. Entonces, podemos hacer las siguientes reflexiones: su definición sobre el “objeto ciencia” como “algo objetivo” puede querer decir que se requieren acuerdos dentro de una comunidad de especialistas de forma que todos ellos hagan exactamente las mismas interpretaciones sobre los elementos que la conforman. Pero... ¿qué querría decir Einstein cuando expresaba que su “construcción” era “subjetiva”, “condicionada psicológicamente por las circunstancias” y que se requiere “ima- ginación más que conocimiento”? ¿Cómo se articulan la subjetividad y la imagi- nación con el descubrimiento de leyes científicas que revelan la “verdad” de la naturaleza? Si existe un “método científico” que permite arribar a la verdad de las leyes naturales... ¿para qué y dónde surge la subjetividad? Para hacer este libro nos hicimos preguntas sobre esas cuestiones epistemoló- gicas básicas. La bibliografía existente para contestarlas es amplísima, inagotable, y presenta enfoques diametralmente opuestos, cada uno traído de la mano de un autor o grupo de autores que los suscriben. No hay respuestas únicas y aquellas prevalecientes en determinados momentos históricos luego fueron enfrentadas a otras. La situación evolutiva es de divergencias permanentes. Sin embargo, los que enseñamos ciencias, dado que hemos pasado años de nuestras vidas estudiando contenidos de ciencia –generalmente– como “paquetes finales explicativos cerrados y correctos”, no sabemos sobre estas discusiones 16 Lydia r. gaLagovsky epistemológicas. Por el contrario, generalmente estamos muy seguros sobre “qué es ciencia”, sobre “su objetividad y su método”. Si así está presentado el tema en la gran mayoría de los textos, desde los de divulgación hasta los universitarios, ¿por qué vamos a dudar? ¿Quiénes somos nosotros para dudar sobre lo que está impreso en textos y rubricado en el mundo de los expertos acerca del espíritu de la ciencia y sobre lo que significa ser científico? Pero la sociedad cambió. El romance entre la ideología que defiende la existencia de un pensamiento científico superior a otros tipos de pensamientos; de un método científico único, riguroso, objetivo y que conduce a descubrir la verdad; que ensalzaría la figura del científico como la de un ser humano con cualidades éticas, estéticas y de inteligencia excepcionales, fue abruptamente interrumpido por la posmodernidad. En otras palabras, desde la percepción pública, la ciencia tiene mala prensa y cada vez son menos los estudiantes que, a nivel mundial, quieren seguir carreras de ciencias naturales. Los docentes de escuela secundaria perciben esta situación a diario, encarnada en la desmotiva- ción de sus estudiantes. Y aquí se crea una distancia palpable: quienes trabajan haciendo investigación en ciencias naturales y, frecuentemente, quienes hacen docencia en niveles altos del sistema educativo, no perciben las mismas señales provenientes de la sociedad que quienes hacen docencia en niveles preuniversitarios. El primer grupo puede aún seguir envuelto en un ensueño narcisista de saberse incluido en un grupo de pertenencia de elite, con supuestos valores que los ubican por encima del promedio de calificación. Quizá sólo la disminución extrema del número de estudiantes que acceden al sistema universitario científico sea el eslabón más débil por donde, finalmente, podría llegar a desmoronarse el soberbio y sólido castillo de esta ideología. En los profesorados, tanto de nivel universitario como de nivel terciario, debemos estar alertas, pues estamos formando a los formadores de las nuevas generaciones, quienes se enfrentarán en las próximas décadas, sin duda, a una tensión creciente entre quienes tienen el poder de organizar la educación en ciencias –generalmente inmersos en la ideología de la elite– y los cada vez más resistentes y desmotivados destinatarios de esa educación. En este pequeño libro cuestionamos las certezas sobre qué es ciencia, sobre sus métodos, sus objetivos y su forma de ser presentada. Nuestro estilo es narrativo, recupera las visiones más sobresalientes de los debates históricos y actuales, e intenta ser sencillo pero no reduccionista. Como nuestros lectores son profesores y formadores de formadores al finalizar cada uno de los capítulos hay actividades sugeridas para el aula. Ellas apuntan a que los estudiantes puedan argumentar, dar sus opiniones, elaborar hipótesis, discutirlas, llegar a consensos, o bien tomar conciencia sobre sus propias pers- pectivas y las de los otros; también reflexionar sobre si existe un límite claro entre “lo correcto” y “lo incorrecto” de sus conclusiones. Esperamos que las incertezas los conduzcan a reconocer que el conocimiento es relativo a la perspectiva, que 17Presentación los valores son dependientes de perspectivas y que, finalmente, los valores, las perspectivas y los conocimientos, en sus complejas interacciones, constituyen subculturas dentro de la cultura humana. Nuestro objetivo de mostrar qué es lo “natural” en las ciencias naturales nos exige entender que las personas que tenemos afinidad por estudiar, aprender y trabajar en ciencias experimentales formamos parte de un subgrupo cultural específico, con cualidades, motivaciones y expectativas absolutamente humanas; pero que ha sido el sesgo de cómo se presentan y se enseñan estas ciencias –ahora e históricamente– el que las ha convertido en un “mundo aparte”, separado en su metodología, perspectivas y valores. Haber llevado a las ciencias naturales a constituir “un mundo aparte” ha sido contraproducente dentro del sistema educativo; ha alejado la motivación y la curiosidad de los estudiantes que no se sienten atraídos por sus temáticas abs- tractas y que se sienten obligados a estudiar respuestas a preguntas que nunca se hicieron. Es ejemplificadora la cita de Jerome Bruner (1990) para mostrar la an- gustia de un estudiante que se ve obligado a procesar cognitivamente información incomprensible: “Cuando alguien con la autoridad de un maestro dice, describe, un mundo en el cual usted no está inmerso, hay un momento de desequilibrio psíquico, como si usted se mirara en un espejo y no viera nada”. Esperamos que este libro contribuya a acercar a los estudiantes a nuestras disciplinas de ciencias experimentales, sabiendo que la gran mayoría de ellos no va a continuar carreras científicas, pero que es fundamental que se lleven una idea más cercana sobre el desafiante mundo de la ciencia, que busca certezas yregularidades en la naturaleza y formas efectivas de comprenderla, controlarla, recrearla, mejorarla y –necesariamente– cuidarla. Lydia gaLagovsky [ 19 ] caPítuLo 1 Teorías científicas: ¿son o interpretan el mundo real? Guillermo Cutrera La ciencia está mucho más cerca de la poesía que de la realidad. José Ortega y Gasset, Ideas y creencias Introducción Consideremos la siguiente afirmación de Derek Hodson (1982): El objetivo de la ciencia es entender los fenómenos del mundo natural. Al enseñar ciencia nuestro principal objetivo es procurar que los alumnos puedan entender fenómenos que los científicos han explicado. Las expli- caciones, entonces, deben permitirnos entender el mundo natural en el que vivimos. Es posible que los docentes la aceptemos rápidamente. Sin embargo, esta aseveración no da cuenta de la relación entre explicación científica y realidad; por ejemplo, no nos dice si la explicación es una descripción de los hechos reales o si, en cambio, simplemente es un medio que nos permite predecir efectivamente los fenómenos. Para responder a la pregunta acerca de cuáles son los objetivos del conoci- miento científico, necesitamos, al menos, discernir qué son y cómo se relacionan entre sí un fenómeno natural y una experimentación provocada. Asimismo, necesitamos reflexionar sobre el papel que juega en el logro de tales objetivos la utilización de instrumentos (herramientas perceptivas, tecnológicas, matemáti- cas, etc.) que permitan describir, explicar –en diferentes niveles– y predecir un fenómeno natural o una experimentación provocada. Si pudiéramos resolver estas cuestiones, tendríamos luego que reflexionar sobre la relación existente entre verdad y mundo real. Posiblemente, desde nuestro “sentido común”, además de aceptar la afir- 20 guiLLerMo cutrera mación inicial, coincidiríamos con que el objetivo de la ciencia es llegar a la verdad. Y “verdad”, aquí, supone que lo que dice la teoría se corresponde con los fenómenos del mundo: en sentido fuerte, esta idea supone que el contenido de la teoría nos dice cómo el mundo realmente es. Según esta perspectiva, la teoría geocéntrica del universo es falsa mientras que la teoría heliocéntrica es verdadera y, en consecuencia, la visión geocéntrica no debe ser empleada. Contrariamente a estas certezas del sentido común, hay discusiones epistemológicas que sostie- nen enfoques diferentes, al punto de ser, algunos de ellos, extremos opuestos e irreconciliables. En realidad, nuestro sentido común nos estaría ubicando –sin ser conscientes de ello– en alguna postura epistemológica en particular. En este capítulo nos interesa presentar sintéticamente algunas posiciones epistémicas relacionadas con estas cuestiones, para finalizar planteando ciertas consecuencias en el plano educativo. La temática que nos ocupa posee múlti- ples aristas pero sólo consideraremos las visiones epistemológicas “extremas” aclarando que la discusión en este terreno es por demás amplia; un mayor nivel de profundidad escapa a los alcances de esta presentación. Para comenzar el debate sobre el objetivo de los científicos Datos históricos del caso de las trayectorias de los planetas en el firmamento En relación con el estudio de las trayectorias planetarias (y la de Marte en particular), en el siglo xv se sabía que no había concordancia entre lo que se podía predecir con los instrumentos matemáticos de Ptolomeo (silgo ii d.C.) y las verdaderas trayectorias observadas en el cielo. Entre las hipótesis formuladas por los astrónomos ptolemaicos eran muy importantes las que exigían que los movi- mientos de los planetas resultaran de componer movimientos circulares alrededor de la Tierra. En particular, se suponía que cada planeta giraba desplazándose sobre trayectorias de circunferencias denominadas epiciclos, caracterizadas por- que sus centros describían otra circunferencia centrada en la Tierra, denominada deferente (véase figura). Este modelo funcionaba relativamente bien para Marte, pero se requería toda otra serie de recursos geométricos para hacer concordar las predicciones del modelo con los datos de observación astronómica. Cada planeta, de acuerdo con la época del año, requería emplear un conjunto particu- lar de epiciclos, deferentes y demás recursos geométricos ad hoc1 para superar cada discrepancia. Que la teoría fallaba visiblemente quedó mostrado cuando el 1. Una hipótesis ad hoc (“para esto”, en latín) es aquella creada expresamente para explicar un hecho que contradice una teoría que a uno le interesa defender. Algunas hipótesis no son suficientes por sí solas y requieren que se las ponga en conjunción con otras, que tienen un carácter instrumental o auxiliar, a las que se denomina hipótesis auxiliares. Estas hipótesis cumplen el papel de premisas 21teorías científicas: ¿son o interPretan eL Mundo reaL? astrónomo danés Ticho Brahe (siglo xvi d.C.), en la segunda mitad del siglo xvi, realizó nuevas y muy precisas observaciones planetarias. Se presentaron entonces dos posibilidades: pensar que las hipótesis auxiliares acerca del número y tamaño de epiciclos y otros recursos para la explicación eran insuficientes o bien, como lo había hecho Nicolás Copérnico (siglo xv a.C.) y lo harían luego Galileo Galilei (siglo xvi d.C.) y Johannes Kepler (principios del siglo xvii), pensar que estaba fallando la teoría geocéntrica. Kepler propuso su teoría heliocéntrica, asignó a cada planeta una única trayectoria elíptica alrededor del Sol y pudo formular las leyes del movimiento planetario. Su propuesta de órbitas elípticas –no circulares– fue posible porque dispuso de mayor cantidad y calidad de datos, irónicamente provistos por el geocentrista Tycho Brahe, el astrónomo de mejores habilidades para la observación en la época. Esos datos eran de mucha mayor precisión que aquellos que había tenido Ptolomeo a su disposición para el cálculo de las órbitas. Estas características de matematización y precisión se constituyeron en “valores científicos” y, desde entonces, continuaron siendo criterios para definir qué es una disciplina científica, y qué no lo es. adicionales y se supone que deben cumplir dos requisitos: a) ser falsables, y b) ser contrastadas con anterioridad o con independencia de las hipótesis fundamentales. De no cumplirse estos requisitos, se dirá que se trata de una hipótesis ad hoc. O en otras palabras, es un enunciado irrefutable destinado a “blindar” la hipótesis principal para salvarla de la falsación (http://es.wikipedia.org/wiki/ad_hoc). La concepción ptolemaica del cosmos postulaba la existencia de epiciclos sobre círculos deferentes Marte en el epiciclo Circunferencia epiciclo Circunferencia deferente La Tierra Marte en un momento de coincidencia entre su trayectoria en un epiciclo y en la circunferencia deferente 22 guiLLerMo cutrera Sin abandonar la idea de circularidad como el movimiento natural de los astros en la bóveda celeste, y con el propósito de dar cuenta del fenómeno de retrogradación –por ejemplo de Marte–, Ptolomeo consideró este plane- ta moviéndose en circunferencias denominadas epiciclos cuyos centros se desplazan sobre una circunferencia mayor, denominada deferente, centrada en la Tierra. La obra de Copérnico De Revolutionibus tenía un prefacio, escrito por Andreas Osiander, donde se aclaraba que el contenido del texto no debería ser considerado verdadero –esto es, no aseguraba que la Tierra realmente se mueve alrededor del sol–, sino que sería un instrumento de cálculo, y que los cálculos se facilitan y son más confiables si uno procede como si el Sol estuviera en el centro del sistema planetario (Kragh, 1987). Los motivos, en este prólogo, para esta posición instrumentalista deben ser buscados en su contexto histórico, esto es, en la necesidad de evitar un conflicto directo con la autoridad eclesiás- tica. Sin embargo, y desde una posición realista, fue Galileo quien aceptó una interpretación real del modelo heliocéntricocopernicano y se ocupó de resolver los problemas que él creaba. El sentido común nos dice que no es cierto que la Tierra fue alguna vez esta- cionaria y centro del universo, y que alrededor de la época de Copérnico comenzó a orbitar al Sol. Entonces, ¿cuál es la relación entre el mundo descripto por la teoría científica y el mundo real? Básicamente, hay dos visiones contrastantes: instrumentalismo y realismo; bucear en ellas supone también introducirnos en la noción del progreso científico. Instrumentalismo El instrumentalismo marca una clara distinción entre aquellos conceptos usados en las afirmaciones científicas: si éstos son observacionales, serían conocimiento “confiable”; mientras que si son productos de la imaginación, deberían consi- derarse ficciones. El objetivo de la ciencia, según el enfoque instrumentalista, sería producir teorías que sean “dispositivos” convenientes para la descripción y predicción de los fenómenos. Las descripciones del mundo en términos de entidades observables darían cuenta de cómo es el mundo en realidad, mientras que aquellas formuladas en términos teóricos no lo harían, necesariamente. Por ejemplo, una barra de hierro existe y los efectos de los imanes existen; pero son ficciones los protones, los electrones, los campos electromagnéticos, los genes, etc. El instrumentalismo, entonces, marca una clara distinción entre términos como “amarillo”, “caliente” o “pesado”, que se refieren a objetos, propiedades, relaciones y eventos observables, y términos como “electrón”, “gen” y “campo magnético”, que refieren a objetos no observables (teóricos), y que pueden ser entendidos sólo dentro del contexto del sistema teórico en el que se producen (Carnap, 1985). 23teorías científicas: ¿son o interPretan eL Mundo reaL? Esta delimitación posee inconvenientes: si lo que vemos y lo que elegimos ver depende de nuestro marco teórico, si todos los términos, incluso aquellos usados en observaciones simples, son teóricos en cierto grado, entonces, ¿qué es algo observable? ¿Existe la observación perceptiva absolutamente objetiva? En la práctica, además de que la percepción es una habilidad subjetiva –¿acaso “caliente” o “pesado” son percepciones totalmente objetivas?–, hay una cons- tante transición entre lo directamente o lo indirectamente observable, usando instrumentos como microscopios, microscopios electrónicos, telescopios, etc. ¿Cómo especificar esta distinción? Una molécula proteica o un virus visto con un microscopio de electrones ¿es menos real que una fibra de polímero o una bacteria vista bajo un microcopio óptico? En tal sentido, la demarcación de una línea observacional teórica en un punto es función de nuestra estructura fisiológica, de nuestro estado actual de conocimiento, de los instrumentos que disponemos en ese momento y de nues- tras convenciones; por lo tanto, no tiene ninguna significación ontológica. Esta pretendida distinción entre términos teóricos u observacionales ha sido criticada por diversos autores (Díez y Lorenzano, 2002). Según el instrumentalismo, las teorías nos permiten calcular y predecir, pero no necesariamente describen la realidad tal cual es. Por ejemplo, la teoría ciné- tica refiere a átomos o moléculas en continuo movimiento, chocando entre sí, etc., para explicar y predecir el comportamiento de entidades reales (gases). Las explicaciones de la ciencia proveen una forma de entender el mundo y el uso de una teoría científica particular se justifica si resuelve el problema para el que fue propuesta, aun cuando las entidades postuladas en ella sean ficticias. Así, para los instrumentalistas, la verdad es reemplazada por la utilidad. En tanto la teoría permita explicar y predecir, la búsqueda de su refutación o corroboración pierde importancia. Desde el instrumentalismo, “correcto” significa “aplicable” y “falso” significa “no aplicable”, dado que un simple instrumento de predicción no puede ser falsado y, si no hay falsación, no hay razón para descartar una teoría. Es decir, desde el instrumentalismo podríamos seguir empleando teorías ya falsadas dentro de su ámbito de aplicabilidad; sólo significaría que hemos identificado el límite su aplicabilidad. Este enfoque es complaciente, no incentiva a buscar alternativas ni “habilita” el progreso científico. Las posturas instrumentalistas encontrarían una derivación práctica en la didáctica, por ejemplo, en ciertas líneas que sostienen una enseñanza basada en la resolución de problemas (Martínez et al., 2005). Realismo En tiempos de Galileo la teoría ptolemaica era instrumentalmente superior a la copernicana; sin embargo, Galileo aceptó el modelo heliocéntrico de Kepler 24 guiLLerMo cutrera como mejor descripción de la realidad, y “habilitó” el incentivo para el progreso científico. Podríamos referir a varios tipos de realismo. Por ejemplo, una variante del realismo, llamada realismo extremo, puede encontrarse en la afirmación de John Searle (1997), cuando sostiene que “el mundo (o la realidad o el universo) existe independientemente de nuestras representaciones de él”. También, podemos considerar la siguiente cita de Jay Lemke (1997): “A pesar de todo, ¿qué es una teoría científica? Es una forma de hablar acerca de una materia particular utilizando un patrón temático. Eso no la convierte en una descripción de la forma en que el mundo es en realidad”. En esta cita no se niega la existencia de un mundo externo; se habilita la posibilidad de que existan diferentes representaciones del mundo y se deja abierta la implicación de que la existencia de una realidad externa es dependiente de nuestras representaciones. Según Searle, esta tesis corresponde a un realismo de mínima. Una tercera variante propone que las teorías científicas describen o repre- sentan cómo son las cosas en la realidad. Según esta tesis, conocida como realismo de representación o realismo ingenuo, nuestro conocimiento sería una adecuada y fiel representación del mundo real y, por lo tanto, las teorías científicas serán verdaderas en la medida en que evidencien éxito explicativo y predictivo; en caso contrario, serán falsas. Desde este enfoque, entidades como los electrones, los campos magnéticos y los cromosomas realmente existen en el mundo si las teorías que involucran esos conceptos son verdaderas. Lo que deberíamos preguntarnos es en qué medida esas representaciones (descriptas en palabras y en dibujos) inducen a todos los sujetos a tener las mismas re- presentaciones mentales. Por ejemplo, ¿será la representación mental de una molécula de adn la misma para un experto o para un novato en biología?; y, aun más, ¿será similar la representación mental de “gen” o de “equilibrio dinámico” para expertos en cualquier disciplina? Evidentemente, en toda representación hay aspectos que se marcan y otros que se simplifican; toda representación, en última instancia, guarda una relación de analogía con la realidad (si es que ésta existe). Diversas investigaciones en el ámbito educativo muestran que esta tesis de realismo es una de las más frecuentes cuando se evalúan sobre las concepciones de los docentes sobre la naturaleza del conocimiento científico (Akerson et al., 2000). Implicaciones en el aula Una concepción realista ingenua de la ciencia suele vincularse, fuertemen- te, con una perspectiva “absolutista” del conocimiento. Como señalan Porlán et al. (1996), esta concepción asume que “existe un conocimiento verdadero, único e inmutable en sus conceptos básicos al que debe aspirarse, y que debe 25teorías científicas: ¿son o interPretan eL Mundo reaL? aprenderse en la escuela. Dicho en otras palabras, el concepto de sustancia es el concepto de sustancia, no habría más que uno correcto y es el que los alumnos deberían aprender”. Los principios de veracidad, neutralidad y superioridad son las notas distintivas del conocimiento científico dentro del realismo ingenuo. En consecuencia, los saberes cotidiano y escolar son consideradosformas inferiores respecto del conocimiento científico; las ideas de los alumnos son consideradas errores que deben ser sustituidos por el conocimiento correcto. Se intenta que la enseñanza logre un cambio conceptual (Pozo y Gómez, 1998) que reemplace los conocimientos cotidianos erróneos de los estudiantes por un conocimiento “verdadero”. Además, y entre las notas distintivas del realismo ingenuo, suele encontrarse la idea de un progreso científico acumulativo, que “naturaliza como verdadero” el contenido de las teorías aceptadas. Así, la teoría heliocéntrica del sistema solar produjo en su contexto histórico una revolución en el pensamiento occidental; pero en nuestros días, luego de quinientos años, este modelo ya se ha transfor- mado en parte del “sentido común”; ha sido “naturalizado”. La naturalización de una teoría científica conlleva una visión de verdad inmutable, en la que se ha perdido el carácter de teoría sujeta a reexaminación, modificación o reemplazo. Sin embargo, hemos visto cómo durante el siglo xx numerosas teorías aparecieron y luego fueron refutadas y dieron lugar a otras. ¿Hasta qué punto los docentes en nuestro discurso áulico tendemos a naturalizar teorías científicas y/o entidades propuestas por ellas? El discurso de la ciencia escolarizada (tanto en textos como en el aula) suele naturalizar entidades científicas como átomos, partículas subatómicas, campos, fuerzas intermoleculares, genes, etc., empleando una modalidad del lenguaje descriptivo-afirmativa. Si tomamos conciencia y reconocemos que como docentes estamos favoreciendo una presentación realista ingenua de la ciencia, ¿estaría- mos de acuerdo con asumir las consecuencias de esta postura? ¿Qué perciben los estudiantes sobre qué es ciencia, a partir de nuestro discurso? Asimismo, desde ciertas posiciones didácticas se recuperan posturas instru- mentalistas sobre la ciencia. Como señalamos antes, una concepción instru- mentalista de la ciencia acepta que las teorías son instrumentos de cálculo, y que son válidas si permiten explicar y predecir; sólo se necesitaría definir sus rangos de aplicación. De hecho, al hacer la selección de contenidos para enseñar, los docentes sabemos que muchos de ellos son partes de teorías caducas, pero los considera- mos útiles para determinados fines o para resolver determinados problemas. El hecho de que estas teorías elegidas sean útiles no significa que sean verdaderas; los docentes sabemos que, dentro de un dominio restringido, una teoría falsa puede en la práctica ser más útil que una verdadera, porque es más fácil de usar, porque la última versión científica es demasiado complicada para enseñar, etc. Como un ejemplo simple, citamos la mecánica newtoniana que enseñamos en los cursos de Física escolares, aunque esta teoría fue falsada: no se pudo aplicar 26 guiLLerMo cutrera exitosamente al movimiento planetario para la órbita de Mercurio, y sí lo hizo la teoría de Albert Einstein (siglo xx). Nuevamente, si tomamos conciencia y nos damos cuenta de que como do- centes estamos favoreciendo una presentación instrumentalista de la ciencia, ¿comprendemos qué perciben los estudiantes sobre qué es ciencia, y estamos conscientes de sus consecuencias? Para la década de los 80 se inició una línea muy próspera de investigación acerca de las ideas ingenuas de los estudiantes sobre contenidos de ciencias (Driver, Guesne y Tiberghien, 1992). Con el avance de las investigaciones se verificó la persistencia de muchas de aquellas ideas cotidianas, a pesar de los años de instrucción escolar de los sujetos entrevistados. Más investigaciones mostra- ron cierta generalidad, que derivó en categorizar las respuestas erróneas como ideas alternativas o ideas previas (misconceptions, en inglés). Los esfuerzos didácticos para lograr el ansiado cambio conceptual que permitiera superar las ideas previas erróneas de los estudiantes no han sido aún logrados como hecho demostrable (Rodríguez Moneo, 1999). El fracaso en lograr cambios conceptuales llevó a investigadores en enseñanza de las ciencias a reconsiderar la necesidad de tal cambio, al punto de aceptar que el conocimiento sea válido según el contexto en el que se lo exprese. Como extremo, han surgido enfoques que sostienen que la negociación que se da entre pares en el contexto de la comunidad científica –como búsqueda de consenso– debería llevarse al aula; pero aceptando que de la manifestación colectiva de significados surgiría el “criterio de verdad” Este relativismo discursivo (von Glasersfled, 1996) es lo suficientemente fuerte como para sostener que no exis- tiría razón alguna para postular que el sentido común es de menor status que el científico; acepta que el alumno se “mueve” de un dominio discursivo a otro, de un contexto a otro, y no se pretende que los docentes los fuercen a abandonar sus creencias cotidianas. No habría cambio conceptual sino de contextos; el profesor debería respetar las creencias de los alumnos porque éstas pertenecen a dominios diferentes del académico y no habría motivos para considerar que sean dominios que guarden entre sí una relación de subordinación. En una clase, la explicitación del profesor consistiría en el aporte de argumentos a favor y/o en contra de ciertos patrones, hechos, explicaciones. El profesor haría un esfuerzo por convencer a los estudiantes de la calidad “comparativamente superior y sis- temática” que ofrece la ciencia. En este contexto, se asume que el conocimiento científico no constituye una forma privilegiada de hablar sobre el mundo y, en particular, tampoco lo es respecto del sentido común. ¿Qué perspectiva sería adecuada para trabajar en el aula? Tal vez sea posible una visión intermedia entre las planteadas como extre- mas; una posición ecléctica, que sea tanto realista como instrumentalista. Podría 27teorías científicas: ¿son o interPretan eL Mundo reaL? aceptarse que las teorías son instrumentos para calcular y predecir, pero también esperamos que sean descripciones y explicaciones de la realidad, a pesar de que el propio progreso del conocimiento científico luego demuestre que no lo son. Ésta sería una visión de la actividad científica realista no ingenua; podríamos lla- marla un realismo moderado. Retomando el ejemplo de la teoría copernicana, es posible ser realista con respecto a ella e instrumentalista con respecto a la teoría tolemaica. Más aún, la verdad realista de la teoría copernicana explica la utilidad instrumental de los epiciclos tolemaicos. En nuestra actividad docente, podemos acordar con el contenido de ciertas posiciones en didáctica de las ciencias naturales que, sin embargo, difieren de nuestra epistemología “en acto”. En tal sentido, enfatizamos la importancia de una reflexión sobre nuestras creencias referidas a la actividad científica para evitar que el contenido de nuestros pensamientos se caracterice por una polisemia epistemológica, es decir, una disonancia entre posturas epistemológicas diversas. Consideramos la importancia de esta última reflexión con el convencimiento de que nuestras referencias epistemológicos condicionan fuertemente las interven- ciones e interacciones que realizamos en el aula. Actividades sugeridas Para trabajar los temas abordados en este capítulo sugerimos que el profesor proponga la siguiente tarea a sus estudiantes: Actividad 1. Argumente por escrito cuál cree usted que es la relación entre: a) mundo real y teoría científica; b) explicación y verdad científica, y c) percepción “objetiva” y representación mental. A continuación, los estudiantes se reúnen en grupo y comparan sus respuestas y argumentan en favor o en contra de ellas. El docente marca explícitamente las controversias generadas, moderando la clase: el propósito no es que “se pongan todos de acuerdo”, sino que tomen conciencia sobre la diversidad de posibles enfoques. Luego, las posiciones que surjan se analizarán desde los marcos teóricos abordados en este capítulo.Actividad 2. Analice el contenido de las citas siguientes desde las perspectivas teóricas trabajadas en este capítulo: a) En el prefacio a De revolutionibus de Copérnico, Andreas Osiander afirmó: “El astrónomo acepta de preferencia aquella [hipótesis] que es más fácil de comprender. El filósofo quizá busque también la verosimilitud, pero 28 guiLLerMo cutrera no uno ni otro comprenderá o formulará nada cierto a menos que sea por revelación divina. […] En lo que a las hipótesis se refiere, que nadie espere nada cierto de la astronomía, pues ésta no puede darlo, ya que, de lo contrario, aceptaría como verdadero cosas concebidas para otro propósito y abandonaría su estudio mucho más tonto de lo que era al comenzarlo” (citado por Boido, 1998: 68). b) Rosalind Driver (1994: 16) sostuvo: “El conocimiento científico es simbólico en su naturaleza y socialmente negociado. Los objetos de la ciencia no son los fenómenos de la naturaleza sino los constructos propuestos por la comunidad científica para interpretar la naturaleza”. [ 29 ] caPítuLo 2 ¿Cómo han surgido las teorías que enseñamos en ciencias naturales? Alejandro Drewes Entonces, lo que los fundadores de la ciencia moderna tuvieron que hacer, no fue criticar y combatir ciertas teorías erróneas y corregirlas o reemplazarlas por otras mejores. Ellos tuvieron que hacer algo bastante diferente. Tuvieron que destruir un mundo y reemplazarlo por otro. Alexander Koyré, “Galileo and Plato” Introducción Es posible que alguna vez, cuando alguien recuerda su época de estudiante, buscando material didáctico en Internet o a partir de algún curso de capacitación, se plantee dudas o preguntas acerca de la ciencia, por ejemplo: ¿qué significa formular una hipótesis en ciencias? ¿Qué tiene que ver el bombardeo atómico sobre Hiroshima y Nagasaki con la física? Como siempre, empezar por plantearse preguntas como éstas y dudar de un conocimiento que creímos “seguro” es un muy buen punto de partida para reflexionar sobre la naturaleza de la ciencia, en especial sobre la química u otras ciencias experimentales, y su enseñanza. Entre otras razones, porque muchas de las dudas y preguntas “sin respuesta” pueden ser las mismas que un día cualquiera, ante una explicación en el aula o ante un trabajo práctico de laboratorio, nos pueden plantear los alumnos. Y ellos necesitan respuestas urgentes... Entonces, vamos a comenzar en este capítulo por revisar algunas de las principales ideas en torno a las teorías científicas que se han desarrollado a lo largo del siglo xx. En realidad, las preguntas acerca del conocimiento científico, su naturaleza y su alcance, tienen una muy larga historia y arrancan mucho antes, con Platón 30 aLejandro drewes y Aristóteles, y tienen que ver con una disciplina llamada “epistemología de las ciencias”, que se ocupa de investigar la estructura del conocimiento válido en las ciencias. Veamos qué significa esto. Para comenzar el debate: la ciencia, los experimentos y el concepto de verdad Desde el surgimiento del racionalismo en Francia, a partir siglo xvii, se planteó para filósofos y científicos un problema muy serio: el de determinar en qué condiciones el conocimiento producido en las investigaciones de la física y otras ciencias se podía considerar legítimo o válido. De ese problema general del conocimiento se ocuparon, entre otros, Immanuel Kant (1724-1804) y John Stuart Mill (1806-1873). A lo largo del siglo xix, se afianza una primera interpretación de lo que constituiría una “verdad” o conocimiento válido en las ciencias experimentales, dada por el empirismo. Según esta interpretación, el conocimiento científico partiría de la evidencia objetiva de los fenómenos, captada por la percepción, y esa experiencia de los sentidos sería racionalizada en teorías de acuerdo con categorías lógicas. Este esquema fue reelaborado a comienzos del siglo xx, con la consolidación de una disciplina originariamente proveniente de la filosofía, la llamada “filosofía de la ciencia”, por pensadores del Círculo de Viena (Rudolf Carnap, Moritz Schlick, Carl Hempel y otros). Éstos recurrieron a los métodos de la lógica matemática, que, con los desarrollos de Bertrand Russell (1872-1970) y Alfred Withehead (1861-1947), se habían mostrado sumamente eficientes en el campo de la axio- matización de la matemática (Palma y Wolovelsky, 2001) a fin de construir un campo de conocimiento que sirviera para establecer bajo qué condiciones una serie de enunciados podía conformar una teoría científica. Los filósofos del Cír- culo de Viena añadieron así un matiz logicista al antiguo empirismo del siglo xix –a su vez asentado sobre una propuesta anterior de axiomatización de la física implicada en los Principia de Isaac Newton (1687)– y, además, identificaron la realidad física con el lenguaje de las teorías (enunciados lógicos), rechazando los argumentos metafísicos y obviando el problema de definir qué es la realidad del mundo físico. Esta escuela tomó la física, en especial la mecánica, como disciplina modelo, por haber sido la primera que había consolidado históricamente sus teorías. Este referenciamiento fuerte en la física se iba a mantener hasta los años 70, con el surgimiento de las teorías evolucionistas en epistemología de la ciencia, que tomarían la teoría de la evolución como modelo. Pero, sobre todo, el gran aporte del empirismo lógico es la propuesta de criterios de verificabilidad de los enunciados. De esta manera, el concepto de verdad científica para esta escuela se asociará con el ajuste entre el lenguaje (enunciados) y los fenómenos a los que tales enunciados se aplican. 31¿cóMo han surgido Las teorías que enseñaMos en ciencias naturaLes? Como vemos, en forma sorprendente para la mirada de hoy, el papel del experimento queda relegado a un segundo plano frente al análisis lógico de las teorías. Esta idea fuerte iba a adoptarse como válida, con variantes entre 1920 y 1950, e iba a ser finalmente revisada y superada por la obra de Thomas Kuhn (1992) y otros autores... pero ésa es otra historia, a la que luego volveremos. Como veremos a continuación, el eje de discusión y debate que enfrentara a filósofos y epistemólogos a lo largo del siglo xx gira en torno a la validez de los enunciados científicos, al concepto de verdad científica como ajuste entre la teoría y los fenómenos, y a la estructura de las teorías científicas. Un recorrido por las principales posturas epistemológicas Un círculo... en problemas Hacia 1930 la propuesta del Círculo de Viena, que de ahora en más deno- minaremos “concepción heredada”, se encontraba ya con problemas de muy difícil resolución: por ejemplo, la opción por una estructura exclusivamente lógica de las teorías dejaba “fuera de juego” al sujeto investigador y al contexto histórico y social de producción de sus experimentos y teorías, en una especie de epistemología sin sujeto. Además, como la posibilidad de verificación de los enunciados, según las leyes de la lógica, debe valer para todo lugar y tiempo, las consecuencias empíricas u observacionales de una teoría serían infinitas, por lo que una teoría solamente podría verificarse por una acumulación de evidencias inductivas. Para intentar superar el primer problema, Hans Reichenbach (1891-1953) propone en 1938 la distinción entre contexto de justificación y contexto de descubrimiento, donde el primer contexto remite a los aspectos lógicos y experimentales de las teorías, y el segundo –que supuestamente no influiría en la verificabilidad de la teoría–, a las condiciones históricas e institucionales de producción de la teoría (Palma y Wolovelsky, 2001). El segundo problema era también muy serio, porque implicaba renunciar a uno de los pilares del racionalismo, que era el recurso al método hipotético-deductivo en la construcción de conocimiento científico, tal como fuera planteado por René Descartes (1596-1650), en su famoso Discurso del método. Recordemosque el método hipotético-deductivo parte de elaborar teorías generales a partir de hipótesis o suposiciones racionales sobre los fenómenos, y luego interpretar con su ayuda y también de teorías generales otros casos particulares, y hacer predicciones sobre nuevos fenómenos. 32 aLejandro drewes Enunciados versus hipótesis: Popper y el falsacionismo Frente a los problemas insolubles mencionados, Karl Popper (1902-1994) se muestra como un fuerte crítico de la propuesta del Círculo de Viena. Su ataque inicial a esta escuela, publicada en una de sus obras clásicas, La lógica de la investigación científica (Popper, 1973), parte de una crítica a las insuficiencias del método inductivo de acumulación de datos para construir leyes científicas y teorías, y a las limitaciones de los enunciados lógicos como herra- mientas exclusivas para conformar teorías científicas. Leamos el punto de vista de Popper (1973) en sus propias palabras: A los ojos de los mantenedores de la lógica inductiva, la importancia de un principio de inducción para el método científico es máxima. [...] Pero tal principio de inducción no puede ser una verdad puramente lógica, como una tautología o un enunciado analítico. [...] A partir de la obra de Hume debería haberse visto claramente que pare- cen con facilidad incoherencias cuando se admite el principio de inducción; y también que difícilmente pueden evitarse [...]: ya que a su vez, el principio de inducción tiene que ser un enunciado universal. [...] La teoría que desarrollaremos en las páginas que siguen se opone directamente a todos los intentos de apoyarse en una lógica inductiva. Podría describírsela como la teoría del método deductivo de contrastar, o como la opinión de que una hipótesis sólo puede contrastarse empíricamente, y únicamente después de que ha sido formulada. Podemos entender mejor este fragmento con un ejemplo histórico. Para ello, pensemos en las mediciones de las órbitas de los planetas que realizaban los astrónomos en los siglos xviii y xix, basando sus predicciones sobre las de posiciones en las leyes de movimiento y de atracción gravitatoria de Newton: si los investigadores hubieran tenido que recurrir al método inductivo... deberían haber medido las trayectorias de infinito número de planetas, para asegurarse de que ninguno dejara de cumplir las leyes inductivas de movimiento, lo cual es obviamente imposible. Y aun así, nada les aseguraría que para el siguiente planeta a descubrir no se cumplieran esas leyes. Volveremos a esta situación, que en efecto corresponde a un caso histórico relacionando con observaciones de la órbita de Urano en 1846, para dejar claro que las metodologías de investigación en la física y en la química no se apoyan en el método inductivo de origen baconiano sino el método hipotético-deductivo, formulado originalmente en su versión moderna por René Descartes. Es decir que Popper no solamente aporta un modelo en el cual deja de aceptarse la validez del método inductivo para la metodología de investigación científica (Mic), retomando el método hipotético-deductivo sino que además deja de hablarse de los enunciados científicos como simples enunciados lógicos, y se los empieza a mencionar como hipótesis o enunciados observacionales: es decir, 33¿cóMo han surgido Las teorías que enseñaMos en ciencias naturaLes? como enunciados de observación cuyas predicciones debían ser contrastadas en cuanto a su verdad o falsedad, mediante experimentos adecuados, contra datos de observación. Cada vez que una hipótesis fracasa en su intento de explicar un fenómeno, pues establece predicciones erradas, se dice, en términos de Popper, que ella ha sido falsada. Ahora, hagamos un zoom en este punto de vista falsacionista. Falsacionismo versus concepción heredada Según Popper, las hipótesis –pensadas al igual que la propuesta de la con- cepción heredada para aplicarse a la física como disciplina “modelo”– serían enunciados seleccionados por cada investigador dentro del conjunto de enunciados que componen una teoría, a fin de ponerlos a prueba por medio de experimentos adecuados. De este modo, el científico dispone de la opción de validar o confir- mar la hipótesis favorita junto con la teoría a la que pertenece si el experimento “funciona” o, por el contrario, falsarla junto con la teoría asociada. Recordando que la propuesta de Popper se basa en una versión del método hipotético-deductivo, veamos un esquema que explica su falsacionismo. 1. Hipótesis y teorías preexistentes 2. Teoría específica: hipótesis de partida y derivadas 3. Hipótesis subsidiarias 4. Hipótesis auxiliares 5. Datos observacionales (condiciones iniciales y de contorno) En este diagrama, además de la hipótesis asociada a la teoría específica puesta a prueba, aparecen: 1) las hipótesis y las teorías preexistentes (por ejemplo: la mecánica de Newton en la teoría química de Lavoisier); 2) hipótesis subsidiarias y auxiliares (por ejemplo, la identificación de los óxidos metálicos o tierras como sustancias formadas por varios elementos), y 3) datos observacionales (por ejemplo, las coordenadas de latitud y longitud geográfica en las observaciones astronómicas). El esquema procura indicar mediante flechas que la elección del conjunto de elementos 1 a 5 conduce a diferentes observables (Oi), es decir, a distintas predicciones verificables empíricamente. O1 O2 O3 O4 O5 34 aLejandro drewes Revisando el modelo de Karl Popper Si revisamos el modelo de Popper con atención, podremos entender sus limi- taciones y la necesidad de una nueva interpretación alternativa sobre la estructura de las teorías científicas. Notemos que: a) Este modelo implica que ante el fracaso de un experimento (que corresponde a un experimento crucial en momentos históricos de cambio de teorías), no solamente se invalida la hipótesis sino que también se descarta en su totalidad la teoría asociada a ella, lo cual sin duda es una afirmación que parece muy fuerte; de hecho eso fue señalado por Kuhn y otros investigadores desde los años 50 y llevó a que el modelo de Popper fuera llamado “catastrofismo”. b) El modelo y sus posteriores reformulaciones dejan de lado todo papel o influencia del contexto histórico y social en la construcción de teorías cien- tíficas, y siguen siendo epistemologías sin sujeto, en la medida en que la subjetividad del investigador y la necesidad de validación de sus resultados por la comunidad investigadora se considera sin efecto sobre el proceso de falsación de hipótesis. El punto de vista social e histórico sobre las teorías: las nuevas filosofías de la ciencia La fuerte revisión de la propuesta de Popper, que tuvo lugar a mediados del siglo xx, contó, entre otros, con tres nombres fundamentales: Imre Lakatos (1922-1974), Thomas Kuhn (1922-1996) y Stephen Toulmin (1922-). Estas tres posturas teóricas acerca de la naturaleza de la ciencia son conocidas en la literatura como nuevas filosofías de la ciencia; haciendo la salvedad de que la denominación “filosofía de la ciencia” (philosophy of science), es la habitual en el ámbito anglosajón para la disciplina que nosotros denominamos aquí, a partir de la etimología griega original, epistemología de la ciencia. A pesar de sus diferencias, las tres posturas de estos investigadores coinciden en superar serias limitaciones de la concepción heredada y del modelo popperiano acerca del rol de la hipótesis en el Mic, básicamente en cuatro aspectos: 1) la naturaleza discontinua del cambio de teorías en las ciencias; 2) el fuerte condicionamiento del contexto histórico y social en la producción de teorías; 3) el carácter abierto y revisable de todas las teorías científicas, y 4) la relativización del método hipotético-deductivo dentro del Mic; en especial en ciencias como la biología y la geología, en las que, a diferencia de lo que ocurre en la física y en la química, la construcción del conocimiento tiene una fuerte componente inductiva. 35¿cóMohan surgido Las teorías que enseñaMos en ciencias naturaLes? Breve análisis de las propuestas de Imre Lakatos, Thomas Kuhn y Stephen Toulmin Lakatos y la lógica “custodiada por expertos” Lakatos, filósofo húngaro emigrado en los años 50 a Inglaterra, comienza trabajando con Popper en Cambridge y coincidiendo con sus tesis, pero pronto elabora un modelo epistemológico propio, aplicado a la física y a sus episodios de cambio de teorías (Copérnico, Galileo, Newton, Einstein), muy diferente de la propuesta de Popper. Las ideas de Lakatos se basan en suponer que la construcción del conocimiento científico tiene lugar a través de programas de investigación científica (Pic): un Pic es una teoría o un conjunto de teorías acerca de un grupo de fenómenos y un protocolo metodológico asociado basado en esas teorías, que adopta una comunidad de investigadores mediante contratos de base racional en determi- nado momento histórico. Dentro de cada teoría en un Pic se pueden distinguir: a) Un núcleo duro o hardcore, formado por hipótesis fundamentales, que la comunidad científica se compromete a defender (frente a nuevos descubri- mientos) “contra viento y marea”: por ejemplo, el concepto de masa en la teoría de la gravitación. b) Hipótesis auxiliares, destinadas a proteger el núcleo duro de su invalidación ante fenómenos no explicados: por ejemplo, una hipótesis auxiliar para de- fender la mecánica de Newton en 1846 fue hecha por el astrónomo Leverrier, quien, ante la observación de irregularidades en la órbita de Urano, propuso como hipótesis, para mantener el modelo dado por la ley de gravitación de Newton, la existencia de un nuevo planeta –Neptuno–, que luego sería des- cubierto. c) Líneas maestras, que son hipótesis sofisticadas destinadas a ampliar el núcleo duro: por ejemplo, la predicción en 1905 de la curvatura de la luz en las cer- canías de un campo gravitatorio fuerte, confirmada por mediciones precisas sobre la órbita de Mercurio por una expedición astronómica en 1919. De acuerdo con la concepción de Lakatos, además, pueden coexistir y competir en un mismo período histórico dos o más Pic por la explicación de un fenómeno problemático: en ese caso, va a imponerse finalmente aquel Pic que se muestre más eficaz para interpretar los fenómenos, es decir, la explicación de los fenómenos conocidos y la predicción de otros nuevos. Cuando un Pic empieza a sumar “derrotas” en la confrontación de sus predicciones contra los fenómenos –véase por ejemplo el caso de la construcción de la mecánica de Galileo en el excelente libro de Guillermo Boido (1996)–, llega un momento en que los in- vestigadores deciden elegir un nuevo Pic, pero manteniendo en todo lo posible 36 aLejandro drewes el núcleo duro preexistente. Como ocurre cuando un director técnico hace una mala campaña: se lo termina echando, pero se mantiene el equipo. Thomas S. Kuhn: paradigmas y revoluciones científicas Frente a las propuestas de Lakatos y Popper, el físico norteamericano Thomas Kuhn (1922-1996), quien en 1952 fue elegido por el presidente de la Univer- sidad de Harvard, James Conant, para dictar cursos de Historia de las Ciencias a estudiantes de carreras humanísticas, comienza a realizar investigaciones bibliográficas muy detalladas de la obra de historiadores como Alexander Koyré (1892-1964) y Arthur Lovejoy (1873-1962). A partir de ellas, Kuhn llega a adquirir una perspectiva absolutamente innovadora de la ciencia, en especial de la física, y de la necesidad de recurrir “a las fuentes” de la historia de la ciencia para comprender su desarrollo y encarar su enseñanza. Como consecuencia de estas investigaciones y cursos, Kuhn resume sus con- clusiones en su obra fundamental de 1962, La estructura de las revoluciones científicas (1992). En la misma, se presentan algunas tesis centrales para el debate histórico y epistemológico actual sobre las teorías científicas: a) El conocimiento científico se construye en diferentes etapas históricas a par- tir de paradigmas, que consisten en teorías y sus diseños metodológicos de investigación asociados, aplicados a la interpretación de ciertos fenómenos. Por ejemplo, el paradigma de la mecánica newtoniana (1687); el paradigma de la química analítica de Lavoisier (1789). b) La comunidad investigadora elige un nuevo paradigma a partir de procedi- mientos de acuerdo, luego de largos procesos de debate interno hasta obtener consenso, una vez que el paradigma anterior ha dejado de ser aceptado como válido por la mayor parte de los investigadores. c) El cambio de paradigmas en las ciencias experimentales (física y química), y en algunas otras disciplinas, se produce a través de cambios revolucionarios o revoluciones científicas, que implican cambios radicales en la concepción de los fenómenos. Por ejemplo, el paradigma de la teoría de la evolución y el paradigma de la mecánica cuántica. d) Durante el tiempo de vigencia de un paradigma en una disciplina, las inves- tigaciones se desarrollan en una etapa de ciencia normal: esto significa que frente al diseño de experimentos, los científicos cuentan con las teorías como una suerte de guía metodológica: la ciencia normal es la que nos permite hoy, por ejemplo, diseñar un protocolo de trabajos prácticos con una serie de pasos y operaciones, reacciones químicas, etc., cuyo resultado final podemos prever o predecir a partir de teorías de la termodinámica, la gravitación, etc., con el grado de exactitud deseado. 37¿cóMo han surgido Las teorías que enseñaMos en ciencias naturaLes? Posteriormente y en los treinta años siguientes, Kuhn revisó su concepto de paradigma y lo transformó en el de matriz disciplinar, teorías o grupos de teorías en cuya construcción influyen fuertemente no solamente las teorías y la metodología asociada, sino también factores como creencias y valores, ideologías, intereses económicos, etc. (Borradori, 1996) Esto abre la puerta a la disciplina que desde los años 70 se denomina socio- logía de la ciencia dentro del campo de los estudios sociales de la ciencia (Iranzo, Cotillo-Pereira y Blanco, 1995), que centra su mirada sobre la ciencia en los aspectos personales, socioeconómicos e ideológicos que afectan las decisiones de una comunidad científica. Pero ésa es otra historia... Stephen Toulmin: ¿evolución o revolución en la ciencia? La tercera de las corrientes más influyentes dentro de las nuevas filosofías de la ciencia es la propuesta por otro historiador norteamericano, Stephen Toulmin. Este enfoque se desarrolló durante la última década del siglo xx. Rechaza una tesis central de Kuhn, ya que no acepta la existencia de revoluciones científicas en tanto saltos cualitativos o rupturas drásticas de las teorías científicas; en lugar de eso, Toulmin –que elabora su modelo aplicándolo en primer lugar al caso de la biología y la geología, a diferencia de las posturas anteriores– asume que las teorías científicas guardan con los fenómenos una relación evolutiva (Duschl, 1997), como la relación presa-predador. Así, ocurriría que en un cierto momento dos teorías rivales (poblaciones de predadores) competirían por la misma presa (fenómeno) durante cierto tiempo, hasta que al fin una de ellas se muestra más eficiente que la otra en la “captura” de la presa, y se impone. La otra, por su- puesto, se extingue gradualmente con el tiempo. Observemos que la metáfora de Toulmin recurre a las categorías de la teoría de la evolución y permite, como el modelo de Lakatos, que, a diferencia de los paradigmas de Kuhn, dos o más teorías coexistan en un período histórico por la interpretación de un mismo fenómeno problemático. Y el criterio de selección entre teorías no es ya en forma prioritaria el consenso sino la eficiencia, es decir, su adaptación evolutiva exitosa para “apresar” los fenómenos. ¿Cuál es el modelo epistemológico “verdadero”? A esta altura, entre muchas otras preguntas, posiblemente el lector se plantee la duda sobre cómo se pone a pruebaun modelo epistemológico como los que venimos describiendo. La respuesta es que se recurre al estudio de casos histó- ricos: uno analiza en detalle, usando fuentes históricas, de qué forma se logró construir una teoría científica en una determinada época, y decide entonces si los datos obtenidos pueden interpretarse usando conceptos de algún modelo epis- 38 aLejandro drewes temológico específico, como ciencia normal, Pic, etc. Veamos algunos ejemplos de cómo podemos usar los estudios de casos históricos para poner a prueba los modelos epistemológicos. El epistemólogo de las ciencias es un investigador de relatos históricos En el “laboratorio” del historiador de la ciencia, se “cocina” la epistemología de la ciencia. Veamos dos ejemplos históricos y diferentes análisis epistemoló- gicos sobre ellos. Ejemplo 1. El caso del modelo heliocéntrico de Copérnico Desde la época de los antiguos astrónomos griegos y hasta que fueran diseña- dos en Alejandría por Claudio Ptolomeo, en el Almagesto (s. ii d.C.), los primeros catálogos de datos astronómicos, se mantenía un serio problema por resolver, en el marco de un Universo entendido como geocéntrico, con una Tierra inmóvil en su centro, y el Sol y los planetas girando en órbitas circulares alrededor. Este modelo había sido heredado de la cosmología de Aristóteles. El problema era que, con una estructura de órbitas planetarias concéntricas en torno a la Tierra, no podía explicarse por qué el planeta Marte retrogradaba, dando la impresión de que su trayectoria no era circular sino una especie de curva con rizos. La solución de Ptolomeo fue añadir a las órbitas circulares clásicas de cada planeta en torno a la Tierra una órbita de rotación de cada cuerpo en torno a su propio centro o epiciclo menor. Con este ajuste del modelo, se pudo explicar el movimiento orbital de Marte, aunque todavía las predicciones de algunas posiciones planetarias y estelares seguían siendo imperfectas, algunas de estas últimas con grandes errores. Co- pérnico, astrónomo polaco, fue uno de los que investigó el problema y, con el fin de ajustar mejor la predicción de las posiciones planetarias, propuso que la Tierra giraba –con los demás planetas– en torno al Sol y además rotaba sobre su eje. Sin embargo sus conclusiones, publicadas en Sobre la revolución de las esferas celestes (1543), no fueron aceptadas. Se le objetó, por parte de los as- trónomos defensores del modelo geocéntrico aristotélico, que si la Tierra giraba y se trasladaba, un observador terrestre debería ver un cambio de paralaje estelar cuando el planeta estuviera en extremos opuestos de su órbita. Pero Copérnico murió a poco de editarse su obra, sin poder resolver el problema, y el modelo heliocéntrico quedó “en suspenso” hasta que Galileo (1564-1642) finalmente logró demostrar que la ausencia de efecto de paralaje era debida a la enorme distancia entre la Tierra y las estrellas. 39¿cóMo han surgido Las teorías que enseñaMos en ciencias naturaLes? anáLisis deL caso deL ModeLo heLiocéntrico según PoPPer De acuerdo con el falsacionismo de Popper, Copérnico habría contado con una hipótesis favorita H1, que de hecho formaba parte de una cosmología alternativa a la Aristóteles: la de Platón, con un Universo heliocéntrico. Esa hipótesis y la hipótesis geocéntrica H2 habrían sido puestas a prueba frente a datos de observación; como H1 dio resultados con mejor ajuste a los datos observacionales, la hipótesis H1 y su teoría asociada, junto con otras hipótesis auxiliares, se deberían haber corroborado. Como el relato histórico muestra, esto no fue así, pues hubo otros factores ideológicos y sociales involucrados en la discusión científica: en especial que la validez del modelo geocéntrico estaba fuertemente imbricada en el discurso religioso y en las Escrituras, a través de la Summa Theologica de Santo Tomás, siendo los astrónomos que sostuvieran su rechazo sujetos a ser procesados por herejía por la Inquisición. Esto tuvo que ver con el proceso a Galileo y la condena a muerte de Giordano Bruno (1549-1600), entre otros hechos (Klimovsky, 1997). De manera que la aceptación de H1 debió esperar hasta 1687, con la edición de los Principia de Newton. Para complicar aun más las cosas para el modelo de Popper, Copérnico mantenía en su modelo heliocéntrico el resto de las categorías de Aristóteles –por ejemplo, la división del cosmos en una región sublunar y otro supralunar–, con lo que, en verdad, no es nada claro asignar la hipótesis H1 exclusivamente a la cosmología platónica... anáLisis deL caso deL ModeLo heLiocéntrico según Lakatos Según Imre Lakatos (1922-1974), los dos Pic que estarían compitiendo en el caso de Copérnico serían los programas de investigación aristotélico P1 y platónico P2. El programa P1 venía siendo sostenido por datos de posiciones estelares y planetarias, pero empezaba a acumular problemas por resolver –aparte del mencionado con la órbita de Marte, problemas de predicción de eclipses y de corrección de posiciones estelares, por ejemplo–. Ptolomeo se ocupa, en el siglo ii después de Cristo, de compilar en su Alma- gesto unas tablas enciclopédicas con datos de observación astronómica según el modelo geocéntrico “corregido” que iban a seguir usando los astrónomos hasta la época de Johannes Kepler (1571-1630): esto avala que la comunidad investigadora habría intentado sostener la vigencia por consenso del antiguo Pic hasta donde fuera posible. Luego, con Nicolás Copérnico (1473-1543), surge el programa heliocéntrico o P2 que es retomado por Galileo, quien explica todos los problemas de observación que el programa P1 no podía resolver y hace predicciones exitosas; al final, y tras arduos debates, el programa P2 se impone, por argumentos racionales (ajuste de la teoría con los datos de observación), cuando Isaac Newton (1643-1727) completa la fundamentación teórica de la mecánica. La refutación y el cambio 40 aLejandro drewes del núcleo duro del programa P1 se habría extendido al menos desde 1543 hasta la publicación de los Principia de Newton, siendo su cambio en efecto resistido fuertemente en ese período. Lo que no se explica de acuerdo a los Pic de Lakatos es que el debate científico no estuvo basado en forma exclusiva en argumentos racionales, ya que parte de la fundamentación del modelo geocéntrico venía desde la ortodoxia religiosa, del relato del Génesis y de la cosmología elaborada por Santo Tomás, basado en Aristóteles. Contra esos argumentos se iba a enfrentar la nueva mecánica de Galileo. Además, en este caso se produciría un cambio de núcleo duro, que, como el mismo Lakatos reconociera, es un hecho excepcional. anáLisis deL caso deL ModeLo heLiocéntrico según kuhn Según la interpretación de Kuhn, la obra de Copérnico de 1543 sentó el inicio de la primera revolución científica en el campo de la física, continuada por Galileo y cerrada por Newton. Antes de Copérnico y desde el siglo vi a.C., la disciplina habría estado en estado de preciencia, contando con algunos investigadores o grupos de investigadores aislados, con poca comunicación, y careciendo de teorías generales con carácter predictivo para explicar los fenó- menos problemáticos –por ejemplo el problema de la irregularidad en la órbita de Marte se arrastraba desde el siglo v a.C.–. Las investigaciones astronómicas se basaban en el principio de autoridad dado por la cosmología inscripta en la Física de Aristóteles, con un modelo cualitativo, no matemático y no predictivo de Universo, en el que se fueron incorporando datos de observación que fue- ron acumulando problemas y enigmas sin resolver (Kuhn, 1992). Frente a las insuficiencias del modelo cosmológico de Aristóteles y Ptolomeo para explicar problemas empíricos, Copérnico propone un modelo alternativo, iniciando así la primera revolución científica. El nuevo modelo es fuertemente resistido, en especial en Italia y la Europa católica, dado que los astrónomos del Papado con- sideraban
Compartir