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ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2008, 26(1), 43–52 43
EL MODELO ATÓMICO DE E. RUTHERFORD.
DEL SABER CIENTÍFICO AL CONOCIMIENTO ESCOLAR
Cuéllar Fernández, Luigi^1 , Gallego Badillo, Rómulo^2 y Pérez Miranda, Royman^2
(^1) Magister en Docencia de la Química, Universidad Pedagógica Nacional. Doctorante en Ciencias de la Educación, Pontificia
Universidad Católica de Chile (^2) Profesores Universidad Pedagógica Nacional, Bogotá, D.C., Colombia
[email protected] [email protected] [email protected] Grupo de Investigación Representaciones y Conceptos Científicos - Grupo IREC
Resumen. Se presentan aquí los resultados de una investigación relacionada con la transposición didáctica del modelo atómico de E. Rutherford y el análisis de la confiabilidad de los libros de texto más utilizados por profesores de química en ejercicio, de dos programas de formación inicial de profesores de química de dos universidades públicas de Bogotá, y por profesores de educación media de algunos colegios de Bogotá. Para el análisis se establecieron diez criterios que se clasificaron en cinco categorías.
Palabras clave. Transposición didáctica, historia de las ciencias, enseñabilidad, confiabilidad de los textos de enseñanza.
The E. Rutherford atomic model. From scientific to school knowledge
Summary. This paper presents the results of research focused on the didactic transposition of the Rutherford atomic model and the analysis of the reliability found in the textbooks that are commonly used by inservice teachers of Chemistry Education programmes at two public universities and teachers at a number of secondary schools in Bogotá. Ten criteria were established to be classified in five categories.
Keywords. Didactic transposition, science history, teaching, textbook reliability.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad y desde la nueva didáctica de las cien- cias (Adúriz-Bravo e Izquierdo Aymerich, 2002), el es- tudio de los textos de enseñanza ha sufrido modificacio- nes significativas en cuanto a la metodología que venía imperando. Son objeto de investigación los fundamentos histórico-epistemológicos, didácticos y pedagógicos de tales textos. Entre otros aspectos, se revisan las transpo- siciones que en ellos se realizan de las teorías o modelos científicos, para su socialización entre profesores y el es- tudiantado de ciencias. En estas revisiones sistemáticas se busca determinar cuánto se acercan o se alejan tales transposiciones de los artículos originales en que esas teorías o modelos fueron propuestos y aceptados por la respectiva comunidad de especialistas.
En efecto, en la bibliografía consultada, se encontró un traba- jo que parte de la idea de que del «saber sabio» al «saber en- señado» existe una distancia, que refleja la diferencia entre el producto resultante del quehacer de los científicos y los cono- cimientos que llegan al aula (Ibarra y Gil, 2001). Otro estudia las dificultades que plantea la transposición del modelo de «adaptación biológica» a los libros de secundaria obligatoria en España; dificultades que pueden ayudar a comprender que falta consenso para establecer qué se quiere que un estudiante responda cuando se le pregunta por «adaptación biológica» (De la Gándara, Gil y Sanmartí, 2002).
En lo tocante a la idea que transmite un conjunto de textos de enseñanza sobre la ley de las proporciones
definidas y la de las proporciones múltiples, se sostiene que éstos mantienen un enfoque positivista del desarrollo de la teoría atómica de Dalton y, además, que generan una visión acumulativa de la ciencia (Páez, Rodríguez y Niaz, 2002). En este orden de ideas, a partir de la revisión de documentos originales, al contrastar la hipótesis de Avo- gadro con la imagen que los textos de enseñanza ofrecen de la contribución de este científico, se indica que esta imagen no se corresponde con lo aceptado por los histo- riadores de la ciencia (Muñoz y Bertomeu, 2003).
En cuanto a lo didáctico, un artículo analiza los conteni- dos sobre fotosíntesis incluidos en las diferentes unidades didácticas de los libros de texto de ciencias para la ESO, encontrando que los conceptos son presentados de manera declarativa y por fuera de las actividades escolares que es- tos textos proponen; actividades éstas que sólo se dirigen a la aplicación de la teoría. Priorizan, además, el nivel plu- ricelular frente al celular (González, García y Martínez, 2003). Otro de los estudios afirma que la gran mayoría de los textos de enseñanza son elaborados dentro del pa- radigma habitual de la transmisión verbal y la repetición memorística de contenidos curriculares. Reconoce la exis- tencia de ciertas modificaciones, ya que en la actualidad están compitiendo dos tendencias, la tradicional y la de corte constructivista (Jiménez y Perales, 2001).
Por otro lado, un trabajo relativo a las imágenes e ilus- traciones en los textos de enseñanza puntualiza que es habitual la identificación y caracterización de los errores conceptuales que transmiten. Sin embargo, tales estudios no le otorgan suficiente importancia al análisis de las ilustraciones, desde la perspectiva de las deficiencias e incoherencias que pueden presentar. Señala que tales imágenes e ilustraciones, de ser incoherentes, se con- vierten en elementos que podrían aumentar el riesgo de interpretaciones erróneas (Perales y Jiménez, 2002).
En el marco de este nuevo campo de investigación di- dáctica, se propuso, entonces, comparar algunos textos de enseñanza de uso más frecuente entre ciertos profe- sores de química, del nivel medio del sistema educativo colombiano, y de docentes de los primeros semestres de dos programas académicos para la formación ini- cial de profesores de esta ciencia. La pregunta directriz fue: ¿Desde qué versiones histórico-epistemológicas, didácticas y pedagógicas se han realizado, en esos tex- tos, las transposiciones del modelo atómico de E. Ru- therford? Para responderla había que acudir a la revisión de los originales en que fue propuesto dicho modelo.
DE LA HISTORIA Y DE LA EPISTEMOLOGÍA
La preocupación por la historia de las ciencias se inicia prácticamente en los comienzos del siglo xx. T.S. Khun (1972) establecerá que todo examen epistemológico tiene necesariamente que apoyarse en revisiones histó- ricas. Por su parte, Lakatos (1983) puntualizará que sólo se pueden elaborar reconstrucciones racionales de la historia de las ciencias y que esas reconstrucciones van acompañadas de posicionamientos epistemológicos. De
esta manera, no hay una historia sino versiones de la mis- ma. En este orden de ideas, es pertinente establecer que la sola mención de los nombres de los científicos como autores de una teoría o modelo no puede aceptarse como una referencia histórica.
En cuanto a los análisis epistemológicos, cabe anotar que éstos pueden hacerse desde una mirada general, en la que se califican las posiciones empiristas, positivis- tas, racionalistas, deductivistas y constructivistas, entre otras. Habría una epistemología específica, cuyos análi- sis se centrarían en la lógica y el lenguaje de la estructura conceptual de cada teoría o de cada modelo científico, de los problemas formulados y resueltos en el interior de la misma, contrastados positivamente o no por resultados experimentales concretos. En esta perspectiva, ese aná- lisis daría cuenta de las razones por las cuales una teoría o un modelo fue sustituido por otro. La formulación y cambio de los respectivos modelos atómicos, dentro del Grupo de Manchester, podría tomarse como un ejemplo admisible de lo expuesto en este párrafo.
De ser así, en la transposición didáctica del modelo de Rutherford, se esperaría que los textos de enseñanza, de conformidad con el nivel educativo a que están dirigidos, ubicaran histórica y epistemológicamente dicho modelo; esto es, explicitaran el contexto en el que se hizo necesa- rio, a la vez que los problemas teóricos a que dio lugar y que condujeron a sustituirlo, por un breve período, por el semicuántico de Bohr.
Anótese que los estudios histórico-epistemológicos han conducido a concluir que la categoría de teoría, presen- te en las propuestas de Popper (1962), Kuhn (1972) y Lakatos (1983), es propia del estatuto científico de la física, en los términos en que desde Newton comenzaron a formularse esas teorías. Tales teorías se estructuran, en general, por definiciones, postulados, demostraciones y corolarios (Torres Assis, 1998). Si se examina el estatuto científico de ciencias como la química y la biología, se concluye que éstas no han sido construidas empleando esta categoría epistemológica. Para resolver esta proble- mática se ha recurrido a la de modelo científico (Gieré, 1990; Lombardi, 1998; Caldin, 2002). Los tratadistas clasifican los modelos en gráficos o icónicos, analógicos y simbólicos. Señálese que tanto Gieré como Lombarda son físicos, mientras que Caldin es químico.
EL MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD
En un artículo anterior (Uribe y Cuellar, 2003), se hizo un análisis del contexto científico del que emergió el modelo de Rutherford y dentro del cual fue modificado. Como antecedentes hay que señalar que se contaba entonces con el modelo de Dalton, propuesto en 1803. Para la época, con los trabajos de Faraday, Crookes y el descubrimiento de la radiactividad, fue necesario reformular el modelo de Dalton ya que se evidenció que no podía seguir siendo considerado el átomo como un corpúsculo indivisible. Las reformulaciones y cambios ocurrirán en el seno del grupo de Manchester, liderado por Thomson.
posición epistemológica, una concepción de enseñanza y de educación en ciencias, que puede ser develada desde la propuesta metodológica que se diseñó para la presente investigación.
Para tal efecto, los fundamentos de esa metodología se resumieron y se sintetizan en el esquema que se presenta a continuación:
ASPECTOS METODOLÓGICOS
El objetivo fue responder al interrogante ¿desde qué ver- siones histórico-epistemológicas, didácticas y pedagógi- cas se han realizado, en esos textos, las transposiciones del modelo atómico de Rutherford?, formulado en la introducción. Por tanto, la investigación se adelantó en tres fases. En la primera, se hizo un análisis histórico- epistemológico del contexto comunitario del Grupo de Manchester, en el que es explicable la formulación del modelo de Rutherford.
Para dar solución al interrogante, en la segunda fase, se practicó una entrevista abierta (Briones, 1988) a profesores de educación media seleccionados al azar y a docentes de los semestres anotados, de dos programas universitarios de formación inicial de profesores de química. Como resultado de esta entrevista, se seleccionaron finalmente quince textos, diez de los cuales eran los más utilizados en los programas de formación inicial de profesores de ciencias de las dos univer- sidades públicas elegidas, que se identifican en este artículo con la letra «U» y cinco por los profesores de educación me- dia, los cuales son señalados con la letra «S» (Anexo 1).
La tercera fase consistió en la formulación de diez criterios, con sus respectivos descriptores como se muestra en la ta- bla 1. Inicialmente estos criterios y sus descriptores fueron sometidos a evaluación por parte de tres especialistas en historia y epistemología de las ciencias, particularmente, de la física. Las recomendaciones por ellos sugeridas fueron acogidas críticamente, de tal manera que esos criterios y descriptores se rediseñaron. Para efecto del análisis de los textos, se optó por la siguiente discriminación para cada criterio: Menciona Satisfactoriamente (MS), Menciona (M) y No Menciona (NM) (Anexo 1).
De acuerdo con las sugerencias de los evaluadores, se decidió agrupar los criterios en cinco categorías de aná- lisis, como se muestra en la tabla 2. Fue así, en razón de que varios de estos criterios corresponden a una explora- ción sobre tipologías similares.
Para efectos de la confiabilidad en los resultados del análisis de los textos seleccionados, siguiendo recomen- daciones de especialistas (Jiménez, 2000), se hizo una prueba de doble codificación de los criterios o categorías de análisis, por parte de pares académicos distintos de los tres primeros. Se aclara que este autor sostiene que dicho procedimiento es aplicable a cualquier problemá- tica de investigación, siempre y cuando se disponga de una taxonomía adecuada del problema de investigación.
ENSEÑABILIDAD
¿Cómo enseñar ciencias?
¿Qué ciencia enseñar?
¿Para qué enseñar ciencias?
Modelos didácticos
Contabilidad de los textos de enseñnaza
Intencionalidades curriculares
TRANSPOSICIÓN DIDÁCTICA
Tabla 1 Criterios y descriptores para la evaluación de los libros de texto de química referidos a los «estudios de Rutherford».
CRITERIOS DESCRIPTORES 1 Planteamientos de Lord Kelvin «William Thomson» (1902), como antecedentes del trabajo de Joseph J. Thomson (1904). 2 Los electrones se encuentran en movimiento dentro del átomo.
3 Se reconoce la importancia de los descubrimientos de la radiactividad como antecedentes fundamentales en la propuesta de Rutherford. 4 Los materiales radiactivos disparan partículas alfa y beta contra la lámina de oro del experimento de Geiger y Marsden. 5 Según el modelo de Thomson, los rayos alfa y beta sólo sufrirían pequeñas dispersiones al atravesar la lámina del material.
6 Diferentes posibilidades dentro de las cuales fueron desarrollados los experimentos de Geiger y Marsden y sus respectivas interpretaciones. 7 Explicación de Rutherford acerca de la deflexión de las partículas alfa bombardeadas a la lámina de metal. 8 Acerca de la teoría del núcleo del átomo (Rutherford, 1911). 9 Desarrollo colectivo del conocimiento científico. 10 Inconsistencias del modelo atómico de Rutherford que llevaron a Niels Bohr a proponer su modelo.
RESULTADOS
Analizados los textos seleccionados, en relación con las versiones histórico-epistemológicas presentadas en ellos, y de conformidad con la metodología empleada, los resultados se presentan en las tablas 3 y 4.
De conformidad con las tablas anteriores, la tabla 5 consolida los resultados del análisis de los cinco tex-
tos de enseñanza en educación media. Como puede colegirse, en la mayoría de ellos no se reconocen los antecedentes histórico-epistemológicos que conduje- ron a la formulación del modelo atómico de Ruther- ford. Además, hacen referencia a dicho modelo de una manera descriptiva. Señálese igualmente que en estos textos no se reconoce que la formulación del modelo de la referencia se llevó a cabo en el seno de una co- munidad científica.
Tabla 2 Relaciones entre los criterios vinculantes y las tipologías que describen «las categorías de análisis» en los libros de texto.
CATEGORÍAS DE ANÁLISIS
CRITERIOS VINCULANTES TIPOLOGÍAS REFERIDAS A LOS CRITERIOS VINCULANTES
A 1 y 3 Antecedentes de los trabajos realizados B 2, 4 y 5 Explicación de los planteamientos formulados C 6, 7 y 8 Diversas posibilidades de interpretación de los hechos D 9 Evidencia del trabajo científico en comunidad E 10 Identificación de inconsistencias como gestoras de reformulaciones conceptuales
TEXTOS C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C S1 NM NM MS NM NM NM M NM NM M S2 NM NM NM NM M NM MS M NM MS S3 NM NM MS NM NM NM NM M NM MS S4 NM NM M NM NM NM NM M NM NM S5 NM NM NM M NM NM NM NM NM NM
Nota: C1 al C10: criterios establecidos a partir del estudio histórico-epistemológico de los documentos originales. NM: No menciona M: Menciona MS: Menciona satisfactoriamente Cuando se señala (-) el texto respectivo no trata el tema.
Tabla 3 Evaluación de los libros de texto de educación media.
TEXTO C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C U1 NM M M NM M NM NM M NM M U2 NM NM M NM M NM NM M NM MS U3 - - - - - - - M MS MS U4 MS MS MS MS MS MS MS MS MS MS U5 NM NM M NM M NM M MS M MS U6 NM NM MS NM M NM M MS M MS U7 NM NM NM NM NM NM NM M NM M U8 NM NM M NM M M M M M M U9 NM NM NM NM NM M M M M NM U10 NM NM M NM M NM M M M NM
Nota: C1 al C10: criterios establecidos a partir del estudio histórico-epistemológico de los documentos originales. NM: No menciona M: Menciona MS: Menciona satisfactoriamente Cuando se señala (-) el texto respectivo no trata el tema.
Tabla 4 Evaluación de los libros de texto de educación superior.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[Artículo recibido en junio de 2005 y aceptado en febrero de 2007]
ANEXO 1
Signifi cados de las discriminaciones.
Menciona Satisfactoriamente (MS). Da cuenta desde una versión histórico-epistemológica admisible y podría indicar los aportes de los diferen- tes científicos del Grupo de Manchester, a la vez que mencionaría los problemas teóricos y experimentales.
Menciona (M). Es meramente declarativa y nombra a los científicos que contribuyeron a la formulación del modelo de Rutherford.
No Menciona (NM). El modelo de Rutherford no tiene ningún contexto.
ANEXO 2
Codificación de los libros de texto.
TÍTULO Y AUTOR DEL LIBRO DE TEXTO CODIFICACIÓN PARA EL ANÁLISIS Quimic@. Castelblanco, Y., Sánchez de Escobar, M. y Peña, O. S Química y Ambiente I. Cárdenas, F. y Gálvez, C. S Química I. Mondragón, C., Peña, L., Sánchez de Escobar, M. y Fernández, M. S Química 10. General e Inorgánica. Manco L. Félix S Química 10. Poveda V. Julio S Química y reactividad química. Kotz, John C., Treichel, Paul M. Jr. y Harman, Patrick, A. U Chemistry. Zumdahl, Steven, Zumdahl, Susan U Fisicoquímica. Laidler, Keith, Meiser, John U Estructura atómica. Un enfoque químico. Cruz-Garritz, D., Chamizo, J. y Garrita, A. U Química. La ciencia central. Brown, T.L., LeMay, H.E. Jr. y Bursten, B.E. U Química General. Petrucci, R. y Harwood, W. U Química. Daub, G.W. y Seese, W.S. U Química. Chang, R. U Química. Phillips, J.S., Strozak, V.S. y Wistrom, Ch. U Química General. Whitten, K.W. y Gailey, K.D. U
